亚毫米波集成喇叭天线：MEMS工艺下的微小挑战与突破

亚毫米波集成喇叭天线是一种前沿的微型化技术，主要应用于高频通信和传感领域。随着频率的提升，亚毫米波频段的设备尺寸要求更为苛刻，特别是天线这类与波长密切相关的关键组件。传统的设计面临着尺寸减小、精度控制以及连接问题等挑战。 基于MEMS (微电子机械系统) 工艺的亚毫米波集成天线，利用了新材料和创新制造技术来实现微小尺寸的设计。MEMS技术以其高性能、高效率、低成本和高可靠性，特别适合于制造亚毫米波所需的微小器件。通过集成工艺，天线可以与检波器、混频器等其他功能单元一起在单一平台上实现，这有助于减少分立组件间的连接问题，提高系统的整体性能和稳定性。 设计亚毫米波平面集成天线时，基片介质的选择至关重要。由于亚毫米波的特性，天线需要有效地辐射能量，而基片介质可能导致能量向介质内部泄露。为此，研究者提出了两种解决方案：一是通过集成具有相同介电常数的透镜，但这需要精密的透镜加工技术，且可能存在吸收和反射损耗；二是采用极薄的基片介质，虽然能减少介质影响，但可能需要优化结构以确保足够的支撑力。 Rebeiz等人的工作在1990年引入了集成喇叭天线的概念，他们将平面天线设计在微米级厚度的介质膜片上，并利用MEMS湿法腐蚀技术构建硅棱锥喇叭腔。这种方法解决了薄膜支撑问题并提升了辐射效率。然而，受限于硅晶片的厚度，集成喇叭的尺寸受限。为改善辐射特性，他们采用了“准集成”设计，结合了机械加工的喇叭口，这种方案在较低频段有效，但在接近900GHz时，机械加工的难度显著增加。 基于MEMS的亚毫米波集成喇叭天线研究不仅涉及材料科学、微电子技术和信号处理等多个领域的融合，而且对于推动无线通信、雷达探测和纳米传感器等领域的发展具有重要意义。未来的研究将聚焦于进一步提升集成度、减小尺寸和优化性能，以满足不断增长的亚毫米波应用需求。