CN103022601B - 凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器。它包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、镂空状平板、圆弧形凹槽波导；镂空状平板为上下对称结构，镂空状平板由孔状镂空排列组成，镂空状平板上设有圆弧形凹槽波导，圆弧形凹槽波导位于镂空状平板的中间位置，太赫兹波从太赫兹波输入端输入，从太赫兹波输出端输出，经圆弧形凹槽波导与镂空状平板之间的耦合作用，实现太赫兹波的滤波功能。本发明具有优良的宽带带阻滤波特性，滤波边缘陡峭、结构简单新颖、尺寸小、便于制作及易于集成等优点。满足在太赫兹波医学成像、太赫兹波无线通信系统等领域应用的要求。

Description

凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器

技术领域

本发明涉及太赫兹波滤波器，尤其涉及一种凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器。

背景技术

太赫兹波是电磁频率在0.1~10THz（波长在3mm~30μm）之间的电磁波，波段介于微波和远红外光之间，从能量辐射上看，属于电子学向光子学的过渡区。20世纪90年代以前，由于缺乏有效的太赫兹源及相关检测技术，使得人们对太赫兹波的认识非常有限。近年来，激光技术的迅速发展为太赫兹波的产生提供了稳定、可靠的辐射源。目前太赫兹波辐射源有基于光子学的辐射源、基于半导体的辐射源和基于电子学的辐射源。太赫兹波辐射的量子能量低，信噪比高，频率宽等特点给环境探测、生物医学、通信等领域带来了深远的影响。例如，太赫兹技术能够对固体、气体、液体及火焰等介质的电学、声学性质及化学成分进行研究。科研人员可利用太赫兹穿透烟雾来检测出大气中的有毒或有害分子，因此可用于环境的污染检测。生物体对太赫兹波具有独特的响应，而且很多生物大分子如DNA分子的旋转及振动能级多处于太赫兹波段，所以太赫兹在蛋白质等生物大分子无标志识别应用中有着举足轻重的作用。由于太赫兹具有类似X射线的穿透能力，且其光子能量小，不会引起生物组织的光离化，所以在生物医学成像方面非常安全，适合于生物医学成像。太赫兹波的这些独特性能在信息技术、生物医学、安全检测等领域有重要的应用前景。

近年来国内外对于太赫兹波功能器件的研究已经取得一定的进展，但是太赫兹波功能器件作为太赫兹波科学技术应用中的重点和难点，相比太赫兹波产生和检测装置的快速发展，太赫兹波功能器件仍然需要投入大量的人力和物力进行深入的探索和研究。太赫兹波滤波器是一种非常重要的太赫兹波功能器件，太赫兹波滤波器研究对促进太赫兹波功能器件的研究具有不可或缺的重要意义。然而目前，已有的太赫兹波滤波器往往存在结构复杂、体积较大、难以制作并且价格昂贵等不足，因此有必要设计一种结构简单、体积小、滤波性能优良的太赫兹滤波器以满足未来太赫兹波技术应用需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、镂空状平板、圆弧形凹槽波导；镂空状平板为上下对称结构，镂空状平板由孔状镂空排列组成，镂空状平板上设有上侧孔状耦合区域和下侧孔状耦合区域，上侧孔状耦合区域由第一孔状镂空阵列、第二孔状镂空阵列、第三孔状镂空阵列，等腰梯形孔状镂空阵列、第四孔状镂空阵列组成，镂空状平板上设有圆弧形凹槽波导，圆弧形凹槽波导位于镂空状平板的中间位置，圆弧形凹槽波导的长度与镂空状平板的长度相同；第一孔状镂空阵列由2×21个孔状镂空组成；第二孔状镂空阵列由3行孔状镂空组成，其中第一行孔状镂空排列与第三行孔状镂空排列相同，均为左边9个、中间空4个，右边8个；第二行孔状镂空的个数为21个；第三孔状镂空阵列由3×8个孔状镂空组成，第四孔状镂空阵列由3×7个孔状镂空组成；等腰梯形孔状镂空阵列由3行孔状镂空组成，其中第一行、第二行、第三行孔状镂空的个数分别为2个、4个、6个；太赫兹波从太赫兹波输入端输入，从太赫兹波输出端输出，经圆弧形凹槽波导与镂空状平板之间的耦合作用，实现太赫兹波的滤波功能。

所述的镂空状平板的材料为硅，镂空状平板的长度为3100~3200μm，宽度为2500~2600μm，厚度为400~500μm。所述的圆弧形凹槽波导的长度为3100~3200μm，宽度为300~400μm，厚度为150~180μm；圆弧形凹槽波导的圆弧半径为100~120μm，圆弧所对应的圆心角为120°~140°。所述的孔状镂空半径为50~60μm，相邻两孔状镂空之间的距离为150~180μm。所述的上侧孔状耦合区域和下侧孔状耦合区域之间的间隔距离200~250μm。

本发明的凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器具有优良的宽带带阻滤波特性，滤波边缘陡峭、结构简单新颖、尺寸小、便于制作及易于集成等优点。满足在太赫兹波医学成像、太赫兹波无线通信系统等领域应用的要求。

附图说明：

图1是凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器的三维结构示意图；

图2是镂空状平板组成结构示意图；

图3是上侧孔状耦合区域组成结构示意图；

图4是凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器的性能曲线；

具体实施方式

如图1~3所示，凹槽圆弧形结构的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、镂空状平板3、圆弧形凹槽波导4；镂空状平板3为上下对称结构，镂空状平板3由孔状镂空5排列组成，镂空状平板3上设有上侧孔状耦合区域6和下侧孔状耦合区域7，上侧孔状耦合区域6由第一孔状镂空阵列8、第二孔状镂空阵列9、第三孔状镂空阵列10，等腰梯形孔状镂空阵列11、第四孔状镂空阵列12组成，镂空状平板3上设有圆弧形凹槽波导4，圆弧形凹槽波导4位于镂空状平板3的中间位置，圆弧形凹槽波导4的长度与镂空状平板3的长度相同；第一孔状镂空阵列8由2×21个孔状镂空5组成；第二孔状镂空阵列9由3行孔状镂空5组成，其中第一行孔状镂空5排列与第三行孔状镂空5排列相同，均为左边9个、中间空4个，右边8个；第二行孔状镂空5的个数为21个；第三孔状镂空阵列10由3×8个孔状镂空5组成，第四孔状镂空阵列12由3×7个孔状镂空5组成；所述的等腰梯形孔状镂空阵列11由3行孔状镂空5组成，其中第一行、第二行、第三行孔状镂空5的个数分别为2个、4个、6个；太赫兹波从太赫兹波输入端1输入，从太赫兹波输出端2输出，经圆弧形凹槽波导4与镂空状平板3之间的耦合作用，实现太赫兹波的滤波功能。

所述的镂空状平板3的材料为硅，镂空状平板3的长度为3100~3200μm，宽度为2500~2600μm，厚度为400~500μm。所述的圆弧形凹槽波导4的长度为3100~3200μm，宽度为300~400μm，厚度为150~180μm；圆弧形凹槽波导4的圆弧半径为100~120μm，圆弧所对应的圆心角为120°~140°。所述的孔状镂空5半径为50~60μm，相邻两孔状镂空5之间的距离为150~180μm。所述的上侧孔状耦合区域6和下侧孔状耦合区域7之间的间隔距离200~250μm。

实施例1

凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器：

镂空状平板的材料为硅，镂空状平板的长度为3100μm，宽度为2500μm，厚度为400μm。圆弧形凹槽波导的长度为3100μm，宽度为300μm，厚度为180μm；圆弧形凹槽波导的圆弧半径为100μm，圆弧所对应的圆心角为120°。孔状镂空半径为50μm，相邻两孔状镂空之间的距离为150μm。上侧孔状耦合区域和下侧孔状耦合区域之间的间隔距离200μm。第一孔状镂空阵列由2×21个孔状镂空组成；第二孔状镂空阵列由3行孔状镂空组成，其中第一行孔状镂空排列与第三行孔状镂空排列相同，均为左边9个、中间空4个，右边8个；第二行孔状镂空的个数为21个；第三孔状镂空阵列由3×8个孔状镂空组成，第四孔状镂空阵列由3×7个孔状镂空组成；等腰梯形孔状镂空阵列由3行孔状镂空组成，其中第一行、第二行、第三行孔状镂空的个数分别为2个、4个、6个。凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器的性能曲线如图4所示。由图可知，在0.3~1.1THz频段范围内，凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器具有良好的带阻滤波功能，带阻滤波器的中心频率点为0.695THz，该点的插入损耗S21为-38.7dB，回波损耗S11为-0.05dB，滤波器的带宽非常宽，高达90GHz。这说明设计的太赫兹波滤波器具有良好的宽带带阻滤波特性。

Claims (5)

1.一种凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器，其特征在于包括太赫兹波输入端（1）、太赫兹波输出端（2）、镂空状平板（3）、圆弧形凹槽波导（4）；镂空状平板（3）由孔状镂空（5）排列组成，镂空状平板（3）上设有上侧孔状耦合区域（6）和下侧孔状耦合区域（7），其上侧孔状耦合区域（6）与下侧孔状耦合区域（7）之间间隔一定距离，且为对称结构，上侧孔状耦合区域（6）由第一孔状镂空阵列（8）、第二孔状镂空阵列（9）、第三孔状镂空阵列（10），等腰梯形孔状镂空阵列（11）、第四孔状镂空阵列（12）组成，镂空状平板（3）上设有圆弧形凹槽波导（4），圆弧形凹槽波导（4）位于镂空状平板（3）的中间位置，圆弧形凹槽波导（4）的长度与镂空状平板（3）的长度相同；第一孔状镂空阵列（8）由2×21个孔状镂空（5）组成；第二孔状镂空阵列（9）由3行孔状镂空（5）组成，其中第一行孔状镂空（5）排列与第三行孔状镂空（5）排列相同，均为左边9个、中间空4个，右边8个；第二行孔状镂空（5）的个数为21个；第三孔状镂空阵列（10）由3×8个孔状镂空（5）组成，第四孔状镂空阵列（12）由3×7个孔状镂空（5）组成；等腰梯形孔状镂空阵列（11）由3行孔状镂空（5）组成，其中第一行、第二行、第三行孔状镂空（5）的个数分别为2个、4个、6个；太赫兹波从太赫兹波输入端（1）输入，从太赫兹波输出端（2）输出，经圆弧形凹槽波导（4）与镂空状平板（3）之间的耦合作用，实现太赫兹波的滤波功能。

2.根据权利要求1所述的一种凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器，其特征在于所述的镂空状平板（3）的材料为硅，镂空状平板（3）的长度为3100~3200μm，宽度为2500~2600μm，厚度为400~500μm。

3.根据权利要求1所述的一种凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器，其特征在于所述的圆弧形凹槽波导（4）的长度为3100~3200μm，宽度为300~400μm，厚度为150~180μm；圆弧形凹槽波导（4）的圆弧半径为100~120μm，圆弧所对应的圆心角为120°~140°。

4.根据权利要求1所述的一种凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器，其特征在于所述的孔状镂空（5）半径为50~60μm，相邻两孔状镂空（5）之间的距离为150~180μm。

5.根据权利要求1所述的一种凹槽圆弧形结构的太赫兹波滤波器，其特征在于所述的上侧孔状耦合区域（6）和下侧孔状耦合区域（7）之间的间隔距离200~250μm。