CN102931457A - 圆孔直线形太赫兹波滤波器 - Google Patents

圆孔直线形太赫兹波滤波器 Download PDF

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本发明公开了一种圆孔直线形太赫兹波滤波器。它包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、基体、矩形直波导、大圆柱、小圆柱；基体上设有矩形直波导、四个大圆柱、一个小圆柱，矩形直波导上左右对称设有一字形圆孔阵列；太赫兹波从太赫兹波输入端入射，经过设有一字形圆孔阵列的矩形直波导，到达太赫兹波输出端，由于大、小圆柱与一字形圆孔阵列之间发生耦合作用，起到一个选频的作用，因而可以实现对太赫兹波信号的滤波。本发明具有窄带滤波性能优良，结构简单、尺寸小、节约材料、便于制作及易于集成等优点，满足在太赫兹波医学成像、无损探测、太赫兹波通信系统等领域应用的要求。

Description

圆孔直线形太赫兹波滤波器
技术领域
本发明涉及太赫兹波滤波器，尤其涉及一种圆孔直线形太赫兹波滤波器。
背景技术
太赫兹频段在无线电物理领域称为亚毫米波，在光学领域则习惯称之为远红外光，太赫兹波具有独特的瞬态性、宽带性、相干性和低能性。在20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的太赫兹辐射产生方法和检测方法，人们对该波段知之甚少，以至于该波段被称为电磁波谱中的太赫兹空隙。近些年来，太赫兹源实际产生技术的研究取得了很大进展。随着量子级联激光器、自由电子激光器、光波差频方法以及通过光整流等产生较大功率的连续太赫兹波方法的出现，以及超外差式和直接探测器等太赫兹探测技术的进展，太赫兹技术逐渐成为世界范围内广泛研究热点。目前世界上许多国家都积极地开展太赫兹技术研究，掀起了太赫兹研究浪潮。随着无线通信网络对高传输速率的要求越来越迫切，研究人员正在试图将频率往更高波段延伸，如太赫兹波段。太赫兹波通信是一个极具应用前景的技术，太赫兹波有非常宽的还没分配的频带，并且具有速率高、方向性好、安全性高、散射小、穿透性好等许多特性，发展太赫兹波通信技术成为各国研究热点。由于太赫兹波通信可以获得10Gb/s的无线传输速度，比目前的超宽带技术快几百甚至上千倍之多，而且具有极高的方向性以及较强的云雾穿透能力。在不远的将来无线太赫兹网络将会取代无线局域网或蓝牙技术，成为短距离无线通信的主流技术。
在太赫兹通信系统中，太赫兹波滤波器是必不可少的重要功能器件。在实际应用中，由于应用环境噪声以及应用需要的限制，需滤除不需要的频率范围和噪声，提高系统性能，因而太赫兹滤波器在太赫兹频域实际应用中具有重要意义。目前太赫兹滤波器结构主要基于光子晶体、频率选择性表面等结构，它们往往结构复杂，实际制作过程困难，频带满足不了要求，而且成本较高，对加工工艺和加工环境的要求也非常高。因此迫切需要研究出结构简单、尺寸小、便于制作、通带性能优良的太赫兹滤波器来满足太赫兹波段的应用要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术结构复杂，实际制作过程困难，成本较高的不足，提供一种窄带滤波性能优良的圆孔直线形太赫兹波滤波器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
圆孔直线形太赫兹波滤波器包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、基体、矩形直波导、大圆柱、小圆柱；基体上设有矩形直波导、四个大圆柱、一个小圆柱，基体的长度和矩形直波导的长度相等，矩形直波导上左右对称设有一字形圆孔阵列，一字形圆孔阵列由左端的两个小圆柱孔、中间的五个大圆柱孔、右端的两个小圆柱孔顺次排列而成，相邻两圆柱孔的间距相等，矩形直波导的一侧对称设有两个大圆柱，矩形直波导的另一侧左右对称设有两个大圆柱，在两个大圆柱中间设有一个小圆柱；太赫兹波从太赫兹波输入端入射，经过矩形直波导，到达太赫兹波输出端，大圆柱、小圆柱与一字型圆孔阵列之间发生耦合作用，起到一个选频的作用，实现对太赫兹波信号的滤波。
所述的基体的材料为二氧化硅，长度为2800~3000μm，宽度为1900~2000μm，厚度为300~500μm。所述的矩形直波导、大圆柱、小圆柱的材料均为高阻硅，高度均为50~80μm。所述的矩形直波导长度为2800~3000μm，宽度为100~200μm。所述的大圆柱、小圆柱的半径分别为400~500μm，200~250μm；矩形直波导一侧的两个大圆柱之间的距离为1800~2000μm，矩形直波导另一侧的两个大圆柱之间的距离为2200~2400μm；四个大圆柱与矩形直波导之间的距离均为30~40μm。所述的大圆柱孔半径为50~60μm，小圆柱孔半径为25~30μm；相邻圆柱孔的间隔距离为150~200μm，两个一字形圆孔阵列之间的距离为300~400μm。
本发明的圆孔直线形太赫兹波滤波器具有窄带滤波性能优良，结构简单、尺寸小、节约材料、便于制作及易于集成等优点。满足在太赫兹波医学成像、无损探测、太赫兹波通信系统等领域应用的要求。
附图说明：
图1是圆孔直线形太赫兹波滤波器的立体结构示意图；
图2是圆孔直线形太赫兹波滤波器的平面结构示意图；
图3是圆孔直线形太赫兹波滤波器的性能曲线。
具体实施方式
如图1 ~2所示，圆孔直线形太赫兹波滤波器包括太赫兹波输入端1、太赫兹波输出端2、基体3、矩形直波导4、大圆柱5、小圆柱6；基体3上设有矩形直波导4、四个大圆柱5、一个小圆柱6，基体3的长度和矩形直波导4的长度相等，矩形直波导4上左右对称设有一字形圆孔阵列9，一字形圆孔阵列9由左端的两个小圆柱孔8、中间的五个大圆柱孔7、右端的两个小圆柱孔8顺次排列而成，相邻两圆柱孔的间距相等，矩形直波导4的一侧对称设有两个大圆柱5，矩形直波导4的另一侧左右对称设有两个大圆柱5，在两个大圆柱5中间设有一个小圆柱6；太赫兹波从太赫兹波输入端1入射，经过矩形直波导4，到达太赫兹波输出端2，大圆柱5、小圆柱6与一字型圆孔阵列9之间发生耦合作用，起到一个选频的作用，实现对太赫兹波信号的滤波。
所述的基体3的材料为二氧化硅，长度为2800~3000μm，宽度为1900~2000μm，厚度为300~500μm。所述的矩形直波导4、大圆柱5、小圆柱6的材料均为高阻硅，高度均为50~80μm。所述的矩形直波导4长度为2800~3000μm，宽度为100~200μm。所述的大圆柱5、小圆柱6的半径分别为400~500μm，200~250μm；矩形直波导4一侧的两个大圆柱5之间的距离为1800~2000μm，矩形直波导4另一侧的两个大圆柱5之间的距离为2200~2400μm；四个大圆柱5与矩形直波导4之间的距离均为30~40μm。所述的大圆柱孔7半径为50~60μm，小圆柱孔8半径为25~30μm；相邻圆柱孔的间隔距离为150~200μm，两个一字形圆孔阵列9之间的距离为300~400μm。
实施例1
圆孔直线形太赫兹波滤波器:
基体的材料为二氧化硅，长度为3000μm，宽度为2000μm，厚度为300μm。矩形直波导、大圆柱、小圆柱的材料均为高阻硅，折射率为3.42，高度均为50μm。矩形直波导长度为3000μm，宽度为200μm。大圆柱、小圆柱的半径分别为400μm，200μm；矩形直波导一侧的两个大圆柱之间的距离为1800μm，矩形直波导另一侧的两个大圆柱之间的距离为2200μm；四个大圆柱与矩形直波导之间的距离均为30μm。大圆柱孔半径为50μm，小圆柱孔半径为25；相邻圆柱孔的间隔距离为150μm，两个一字形圆孔阵列之间的距离为300μm。太赫兹波从太赫兹波输入端入射，经过设有一字形圆孔阵列的矩形直波导，到达太赫兹波输出端，由于大、小圆柱与一字形圆孔阵列之间发生耦合作用，起到一个选频的作用，因而可以实现对太赫兹波信号的滤波。圆孔直线形太赫兹波滤波器的性能曲线如图3所示，在0.16~0.35THz频段范围内，圆孔直线形太赫兹波滤波器具有良好的带通滤波性能，中心频率点为0.26THz，该点的插入损耗S21为-0.02dB，回波损耗S11为-39.4dB，这说明设计的圆孔直线形太赫兹波滤波器具有良好的窄带带通滤波特性。

Claims (6)

1.一种圆孔直线形太赫兹波滤波器，其特征在于包括太赫兹波输入端（1）、太赫兹波输出端（2）、基体（3）、矩形直波导（4）、大圆柱（5）、小圆柱（6）；基体（3）上设有矩形直波导（4）、四个大圆柱（5）、一个小圆柱（6），基体（3）的长度和矩形直波导（4）的长度相等，矩形直波导（4）上左右对称设有一字形圆孔阵列（9），一字形圆孔阵列（9）由左端的两个小圆柱孔（8）、中间的五个大圆柱孔（7）、右端的两个小圆柱孔（8）顺次排列而成，相邻两圆柱孔的间距相等，矩形直波导（4）的一侧对称设有两个大圆柱（5），矩形直波导（4）的另一侧左右对称设有两个大圆柱（5），在两个大圆柱（5）中间设有一个小圆柱（6）；太赫兹波从太赫兹波输入端（1）入射，经过矩形直波导（4），到达太赫兹波输出端（2），大圆柱（5）、小圆柱（6）与一字型圆孔阵列（9）之间发生耦合作用，起到一个选频的作用，实现对太赫兹波信号的滤波。
2.根据权利要求1所述的一种圆孔直线形太赫兹波滤波器，其特征在于所述的基体（3）的材料为二氧化硅，长度为2800~3000μm，宽度为1900~2000μm，厚度为300~500μm。
3.根据权利要求1所述的一种圆孔直线形太赫兹波滤波器，其特征在于所述的矩形直波导（4）、大圆柱（5）、小圆柱（6）的材料均为高阻硅，高度均为50~80μm。
4.根据权利要求1所述的一种圆孔直线形太赫兹波滤波器，其特征在于所述的矩形直波导（4）长度为2800~3000μm，宽度为100~200μm。
5.根据权利要求1所述的一种圆孔直线形太赫兹波滤波器，其特征在于所述的大圆柱（5）、小圆柱（6）的半径分别为400~500μm，200~250μm；矩形直波导（4）一侧的两个大圆柱（5）之间的距离为1800~2000μm，矩形直波导（4）另一侧的两个大圆柱（5）之间的距离为2200~2400μm；四个大圆柱（5）与矩形直波导（4）之间的距离均为30~40μm。
6.根据权利要求1所述的一种圆孔直线形太赫兹波滤波器，其特征在于所述的大圆柱孔（7）半径为50~60μm，小圆柱孔（8）半径为25~30μm；相邻圆柱孔的间隔距离为150~200μm，两个一字形圆孔阵列（9）之间的距离为300~400μm。
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