天线耦合微测辐射热计的设计与仿真.pdf

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1、分类号密级注1UDC学位论文天线耦合微测辐射热计的设计与仿真（题名和副题名）孙辉（作者姓名）指导教师姓名王涛副教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请学位级别硕士专业名称光学工程论文提交日期2012.4论文答辩日期2012.5学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人2012年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或

2、撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：

3、日期：年月日万方数据摘要摘要红外探测器发展迅速，其中，非制冷红外微测辐射热计以其功耗小、易集成、低成本等优点而被广泛应用。目前，大多数微测辐射热计只能透过8~14μm这一红外窗口探测红外辐射。随着探测器探测波段向毫米波段的拓宽，位于红外波和毫米波之间的太赫兹波段渐渐被重视，因其在半导体及超导材料及通信传感等领域表现独特，在技术革新、国家经济和国防安全方面起了重要作用，太赫兹探测器件被广泛研究和使用。但是因为太赫兹光子能量低，背景噪声对其影响很大，导致太赫兹辐射源比较微弱，这给探测太赫兹信号带来很大难度。目前，太

4、赫兹微测辐射热计是太赫兹直接探测器中响应度最高的一种，其工作频率范围在0.1THz到100THz之间，噪声等效功率(NEP)则为151264.510WH/z，响应率约为8.1410VW/，以及对应的调幅在10Hz到200Hz之间。为进一步提高器件灵敏度，本文设计了天线耦合微测辐射热计，其结构是在微测辐射热计上覆盖一层金属天线，利用面积较大的天线吸收太赫兹辐射，并将能量以功率形式耦合到面积较小的热敏电阻上，再由读出电路读出输出电信号。这种探测器可以有效克服已有太赫兹光源的致命因素，较小程度受限于太赫兹辐射源

5、的低输出功率和太赫兹频率范围内较高的热辐射背景噪声，并且有效利用天线优势，实现调谐、偏振探测等功能。本文探讨了天线耦合微测辐射热计的工作机理，并对七种不同天线结构耦合的微测辐射热计进行对比分析，最终确立对其中的两种结构——微带双贴片天线耦合微测辐射热计和齿形对数周期天线耦合微测辐射热计——进行性能仿真。这两种结构的形状使得它们的有效吸收面积较大，这极有利于太赫兹波的探测。仿真软件利用了专业的天线仿真软件HFSS和专业的MEMS电磁仿真软件IntelliSuite两种。仿真结果发现：工作于太赫兹频率范围下的双贴片

6、微带天线功率增益可达10.31dB，吸收辐射功率最大值0.881w，并有良好的阻抗匹配特性；而工作在太赫兹频段下的齿形对数周期天线显示了很宽的工作频带，功率增益可达12.32dB，吸收辐射功率最大值2.113w，且方向性很好。利用IntelliSuite设计了上述两种天-I-万方数据摘要线结构耦合的微测辐射热计结构版图，并对其进行了温升和形变分析。结果显示：器件因采用微桥结构，随着桥腿越长、宽度越窄、厚度越薄，而导致热导越小，温升越大，器件的热性能也相应提高。同时，微桥形变结果显示越接近桥墩处，形变越小，所以这

7、正验证了衬底通过桥墩对结构进行约束，离桥墩越近，约束能力越强。通过力学分析得到的两种结构特征屈曲载荷分别为1682.69MPa和1350.69MPa，在制作微桥结构时，应控制薄膜张应力不超过特征屈曲载荷。关键词：太赫兹，天线耦合微测辐射热，微带贴片天线，对数周期天线II万方数据ABSTRACTABSTRACTTheinfrareddetectorsarerapidlydeveloped,amongallofthosedetectors,theuncooledIRmicro-bolometeristhemostw

8、idelyused,ithasmamyadvantagessuchaspower-consumption,easeofintegrateandlow-cost.Atpresent,mostmicro-bolometersmeasureinfraredthermalradiationbasedononlyonewavelengthresponsewindowsof8~14μm.Witht