研究目的
提出并验证一种单介质谐振天线（DRA），该天线利用CMOS技术提升2×2太赫兹天线阵列中每个单元的天线增益，旨在通过高阶模工作实现高增益的同时简化组装并降低成本。
研究成果
所提出的单DRA（介质谐振天线）在TE3,δ,9模式下运行，成功提升了2×2 CMOS太赫兹阵列中每个单元的天线增益，经测量较传统片上天线的增益提高了7分贝。该方案简化了组装流程并降低成本，其效果已通过仿真与实验验证。该DRA使实用的太赫兹成像应用成为可能，展现出提升太赫兹系统性能的潜力。
研究不足
测量装置对校准敏感，会导致结果出现差异。锁相放大器将斩波频率限制在1千赫兹，从而限制了噪声等效功率（NEP）的提升。分布式辐射阵列（DRA）的尺寸受集成无源器件（IPD）技术的限制，可能会制约更高增益方案的选择。组装时的错位可能会影响性能。
1：实验设计与方法选择：
本研究设计了一种工作于TE3,δ,9高阶模式的大尺寸介质谐振天线（DRA），用于增强2×2 CMOS太赫兹天线阵列的增益。通过电磁仿真（ANSYS HFSS）进行理论分析，以建模DRA的谐振和辐射特性。采用倒装芯片键合技术进行封装。
2：样本选择与数据来源：
DRA采用高阻硅材料的集成无源器件（IPD）技术制造。CMOS天线阵列基于0.18微米CMOS工艺实现。每个天线单元集成了四个相同的功率检测器（PD）用于特性表征。
3：18微米CMOS工艺实现。每个天线单元集成了四个相同的功率检测器（PD）用于特性表征。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括倒装芯片键合机、ANSYS HFSS仿真工具、VDI AMC 306信号源模块、VDI PM4功率计、斯坦福研究系统SR830锁相放大器、步进电机及成像透镜。材料包含金凸块、高阻硅和CMOS芯片。
4：实验流程与操作步骤：
将DRA倒装键合至CMOS芯片。测量时使用太赫兹信号源照射天线阵列，通过锁相放大器检测PD输出以确定电压响应度和辐射方向图。搭建配备步进电机的太赫兹成像系统对物体进行扫描。
5：数据分析方法：
采用弗里斯传输方程计算接收功率和天线增益。将仿真结果与实测数据对比验证性能。统计分析包括增益增强比和等效噪声功率（NEP）计算。
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Lock-In Amplifier
SR830
Stanford Research Systems
Used to filter out noise and demodulate the output signal from the power detectors.
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ANSYS HFSS
ANSYS
3D electromagnetic simulation tool used for designing and simulating the DRA's radiation pattern and antenna gain.
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VDI AMC 306
AMC 306
Virginia Diode, Inc. (VDI)
Commercial signal source module used to generate THz signals for experiments.
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VDI PM4
PM4
Virginia Diode, Inc. (VDI)
Power meter used to calibrate the output power of the THz signal source.
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Flip-Chip Bonding Machine
Used to thermo-compressively bond the DRA onto the CMOS chip with gold bumps.
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Step Motor
Used to control the position of the CMOS antenna array during measurements and imaging.
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