[发明专利]微机电层叠式毫米波天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，特别是微机电层叠式毫米波天线。

背景技术

微波集成技术的发展、成熟和各种低耗介质材料的出现，保证了微带天线的制造工艺、降低了制造成本，且随着计算机辅助设计分析软件的运用，使微带天线的设计更容易、更可靠。材料、工艺、设计的成熟使微带天线体积小、重量轻、剖面低、易共形、成本低，被广泛应用于卫星通讯、雷达、遥感遥测、航海以及生物医学系统等许多领域。但是微带天线也存在着工作频带窄和辐射效率低两大缺陷，极大的影响了微带天线的性能。

为了增加天线带宽，可采用多层介质衬底、多层贴片构成多层微带贴片天线。传统的多层微带天线采用陶瓷基片作为介质衬底，通过高低温烧结而成，在烧结过程中，易造成衬底的形变，严重影响了工艺精度，制约了天线的性能。

目前，有一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)衬底的多层微带天线，然而当工作频率提高到高频段尤其是在微波频段高端，LTCC制作工艺精度已难以胜任要求，而且工艺上难以和传统的集成电路工艺相兼容，给系统的集成化带来困难。

以陶瓷基片作为介质衬底的传统微带天线通常使用混合集成的方法将天线辐射单元与电路集成在一起。然而随着射频系统的工作频率向毫米波方向不断发展，对射频器件、电路和辐射单元集成的要求越来越高，混合集成越来越困难，开发成本越来越高。特别是单片通信系统的急迫要求，要求辐射元件能与电路集成在一起。这就需要将天线制作在高介电常数介质衬底上，然而相对于低介电常数的介质衬底，高介电常数的介质衬底更容易激励起表面波，同时会产生更大的介质损耗，使微带天线性能明显降低，辐射效率更低、带宽更窄、辐射方向图变坏以及在阵列结构中辐射单元之间产生不必要的耦合等。

上世纪八、九十年代发展起来的射频微机电系统(MEMS)结合微电子技术和精密加工技术，是微电子技术基础上发展起来的多学科交叉和渗透的新兴学科。MEMS工艺不仅包括了常规的半导体工艺而且还包括可以制作高深宽比和复杂三维可动结构器件的工艺，如DRIE(深反应离子刻蚀)和各种键合工艺等。所以，MEMS工艺精度远高于LTCC工艺，且易于和传统IC(集成电路)工艺集成，充分发挥了半导体工艺集成化、批量化、工艺精确、误差小的优点。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供的微机电层叠式毫米波天线，采用MEMS技术部分刻蚀天线金属贴片下方的介质衬底，降低了介质衬底的等效介电常数，抑制了表面波的传播，同时采用MEMS键合工艺形成多层层叠式结构天线，改善了天线的带宽、辐射效率、方向图等性能。

本发明提供的微机电层叠式毫米波天线，其特征在于，包括上层介质衬底、中层介质衬底和下层介质衬底，所述上层介质衬底的上表面沉积有金属并刻蚀形成第一金属辐射贴片，所述中层介质衬底的上表面沉积有金属并刻蚀形成第二金属辐射贴片，所述下层介质衬底的上表面沉积有金属并刻蚀形成具有口径耦合缝隙的接地面，该下层介质衬底的下表面沉积有金属并刻蚀形成FGCPW-MS馈线或MS馈线，所述上层介质衬底、中层介质衬底和下层介质衬底通过MEMS键合工艺形成一体。

优选地，所述上层介质衬底的材料为玻璃，所述中层介质衬底的材料为高阻硅，所述下层介质衬底的材料为高阻硅或砷化镓，所述中层介质衬底的上表面刻蚀有浅层池，上述第二金属辐射贴片设置在该浅层池内，所述中层介质衬底的下表面设置有空腔。

优选地，所述上层介质衬底的材料为高阻硅，所述中层介质衬底的材料为高阻硅，所述下层介质衬底的材料为高阻硅或砷化镓，所述上层介质衬底的下表面设置有空腔，所述中层介质衬底的下表面设置有空腔。

优选地，所述上层介质衬底的材料为高阻硅，所述中层介质衬底的材料为玻璃，所述下层介质衬底的材料为高阻硅或砷化镓，所述上层介质衬底的下表面设置有空腔。

优选地，所述浅层池的深度为2.5-3.5μm。

优选地，所述第一金属辐射贴片和第二金属辐射贴片的中心重合，并且该中心与上述口径耦合缝隙的中心重合，所述口径耦合缝隙位于上述接地面的中央位置。

优选地，所述接地面上的口径耦合缝隙的形状为H形或矩形。

优选地，馈源FGCPW的有限宽地平面与所述接地面是采用通孔方式连接的。

优选地，所述金属是钛金、铬金、铂金、钛铂金、铜或铝中的任一种。

优选地，所述金属辐射贴片的形状为矩形、梯形、E形、三角形、圆形或者C形。