CN107302123A - 一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，能够不仅解决现有技术中在同频点信号的收发隔离问题。该双工器包括：吸波腔体、极化隔离器和极化变换器；吸波腔体是一T字型圆柱腔体，极化隔离器是一椭圆形金属垫片，且所述金属椭圆垫片的一端设有带有金属线光栅的薄膜，该器件置于所述吸波腔体的水平腔体内部，并与水平腔体呈45度；所述极化变换器垂直位于吸波腔体内部。
Description
技术领域
本发明涉及雷达及通信技术领域，具体涉及一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器。
背景技术
在无线系统中，发射机工作于超高功率，而接收机则工作于超低功率，当需要收发信息在同一地点完成时，如何保证发射机功率不进入接收机使接收机烧毁，是保证系统正常工作的必要条件，实现这一功能的器件成为双工器。低频微波波段的双工器形式主要有波导双工器、同轴双工器、介质双工器、声表面波(Surface Acoustic Wave-SAW)双工器、微带双工器等，然而上述形式的双工器受限于制造工艺在太赫兹波段是极难实现的，目前现有实用波导型双工器也仅在110GHz左右，进入厘米波频段应用较多的环形器实现收发隔离，且结合铁氧体的研究和应用是该微波技术近来的一大突破。环形器应用了1/4波长的微波传输线原理，十分依赖于工作波长，因此带宽较窄，但是仍无法应用在毫米波及亚毫米波波段。目前，南京55所应用MEMS技术制作的双工器最高工作频段为60-90GHz。
针对太赫兹频段电磁波，波长进入毫米量级，上述双工器的原理是无法实现的。因此，急需要研制工作在340GHz频率附近的高性能双工器对于设计及加工工艺已完全掌握。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，能够不仅解决现有技术中在同频点信号的收发隔离问题，而且本发明的设计原理不局限于该频段可在更高或者更低频段以相同原理使用。
实现本发明的技术方案如下：
一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，特其特征在于，该双工器包括：吸波腔体、极化隔离器和极化变换器；所述吸波腔体是一外部形状为T字型的圆柱腔体，该腔体为内部形状与外部形状一致且贯穿各个端面的空心腔体，所述极化隔离器是一椭圆形金属垫片，且所述金属椭圆垫片的一侧设有带有金属线光栅的薄膜，该器件在垂直空心腔的上方，置于所述吸波腔体的水平与垂直空心腔相贯处，并与水平腔体顺时针呈45度；所述极化变换器是一圆形金属垫片，且所述金属垫片的两侧表面贴有薄膜，其中，每一薄膜外表面上设有周期性金属单元组成的阵列，所述周期性金属单元由贯穿薄膜的长方形金属薄片及其一侧沿长方形金属薄片长度方向均匀设置的一排正方形金属薄片组成，其中所述长方形金属薄片与一排正方形金属薄片留有空隙。所述极化变换器垂直位于吸波腔体内部。
进一步地，所述极化隔离器为周期小于工作波长的占空比为0.5的金属线栅结构；
进一步地，所述极化变换器为透射型极化变换器；
进一步地，所述透射型极化变换器采用超薄聚酰亚胺衬底；
进一步地，所述薄膜的厚度为10um；
进一步地，周期性金属单元阵列的材料采用铝；
进一步地，周期性金属单元阵列的厚度为600nm；
进一步地，周期性金属单元阵列的正方形金属薄片宽为120um，长方形金属薄片宽为121um，周期性金属单元的周期为503mm*272mm。
有益效果：
1、本发明吸波腔体的设计使得信号传输路径短，且发射通道和接收通道共用，节省了材料和提高了效率；
2、本发明的小型化设计，在太赫兹收发系统中更加实用；
3、本发明的吸波腔体设计，在提高隔离度的同时减少了电磁波的多径效应；
4、本发明不仅应用频率高、应用带宽大，而且传输损耗小，其中关键器件极化隔离器和极化变换器的选材和结构设计满足了340GHz高频设备的应用,且在325GHz-355GHz频段内皆有较高性能。
5、本发明相对传统双工器而言，在同频点、同频带内均能提供高隔离度。
附图说明
图1为本发明的340GHz准光型宽带双工器器件的抛面示意图；
图2为本发明的340GHz准光型宽带双工器器件的原理图；
图3为极化变换器周期性金属单元阵列的结构示意图；
图4为本发明实施例的340GHz准光型宽带双工器器件的隔离度测试图。
其中，1-吸波腔体，2-极化隔离器，3-极化变换器，31-周期性金属单元，32-正方形金属薄片。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，如图1所示，该双工器包括吸波腔体1、极化隔离器2和极化变换器3；所述吸波腔体1是一外部形状为T字型的圆柱腔体，该腔体为内部形状与外部形状一致且贯穿各个端面的空心腔体，所述极化隔离器2是一椭圆形金属垫片，且所述金属椭圆垫片的一侧设有带有金属线光栅的薄膜，该器件在垂直空心腔的上方，置于所述吸波腔体1的水平与垂直空心腔相贯处，并与水平腔体顺时针呈45度；所述极化变换器3是一圆形金属垫片，且所述金属垫片的两侧表面贴有薄膜，其中，每一薄膜外表面上设有周期性金属单元组成的阵列，所述周期性金属单元由贯穿薄膜的长方形金属薄片31及其一侧沿长方形金属薄片31长度方向均匀设置的一排正方形金属薄片32组成，其中所述长方形金属薄片31与一排正方形金属薄片32留有空隙；,如图3所示，所述极化变换器3垂直置于吸波腔体1内部，所述薄膜的厚度均为10um。
其中，所述吸波腔体1内表面设有型号为BMA-RD的铁氧体吸波材料；所述极化隔离器2为周期远小于工作波长的占空比为0.5的金属线栅结构；所述极化变换器3为透射型极化变换器，采用超薄聚酰亚胺衬底；周期性金属单元阵列采用铝；周期性金属单元阵列的厚度为600nm，其正方形金属薄片宽为120um，长方形金属薄片宽为121um，其周期为503mm*272mm。
实施例1
如图1所示，吸波腔体采用60mm×60mm×180mm的长方体模块，内部电磁波传输通道为直径是30mm的内腔。为了降低金属腔体四周电磁波的多径反射，采用北矿磁材有限公司铁氧体吸波材料BMA-RD对金属箱体内表面进行贴装。内部表面贴装一层BMA-RD铁氧体吸波材料。
如图2所示，若发射天线发射电磁波为垂直线极化波，极化隔离器能够顺利通过发射的垂直线极化波，且传输损耗维持在低于0.5dB；对接收天线而言(其极化方向与发射天线相互垂直)，水平极化分量的发射波会在极化隔离器位置被隔离掉大部分功率，该器件能满足发射天线波束中心功率密度与进入接收天线功率密度之比维持在40dB以上。发射通路中，极化变换器可以把发射端垂直线极化波变换为圆极化波(假设极化方向为左旋)，当发射波照射到探测目标，形成逆向圆极化回波，此时该圆极化波旋向方向与发射圆极化波相反，即右旋圆极化波。该右旋圆极化波由极化变换器再次变成线极化波，此时回波为水平线极化波(即回波与发射线极化波相互正交)。回波在极化隔离器处表现为反射形式，进入接收天线且反射损耗很小。此时接收通道接收的目标回波信号能量本就相对很低，对发射通道造成影响基本可忽略不计，本发明340GHz准光型宽带双工器器件的隔离度测试图如图4所示。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，特其特征在于，该双工器包括：吸波腔体(1)、极化隔离器(2)和极化变换器(3)；所述吸波腔体(1)是一外部形状为T字型的圆柱腔体，该腔体为内部形状与外部形状一致且贯穿各个端面的空心腔体，所述极化隔离器(2)是一椭圆形金属垫片，且所述金属椭圆垫片的一侧设有带有金属线光栅的薄膜，该器件在垂直空心腔的上方，置于所述吸波腔体(1)的水平与垂直空心腔相贯处，并与水平腔体顺时针呈45度；所述极化变换器(3)是一圆形金属垫片，所述金属垫片的两侧表面贴有薄膜，其中，每一薄膜外表面上设有周期性金属单元组成的阵列，所述周期性金属单元由贯穿薄膜的长方形金属薄片(31)及其一侧沿长方形金属薄片(31)长度方向均匀设置的一排正方形金属薄片(32)组成，其中所述长方形金属薄片(31)与一排正方形金属薄片(32)留有空隙；所述极化变换器(3)垂直位于吸波腔体(1)内部。
2.如权利要求1所述一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，特其特征在于，所述极化隔离器(2)为周期小于工作波长的占空比为0.5的金属线栅结构。
3.如权利要求1所述一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，特其特征在于，所述极化变换器(3)为透射型极化变换器。
4.如权利要求1所述一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，特其特征在于，所所述透射型极化变换器(3)采用超薄聚酰亚胺衬底。
5.如权利要求1所述一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，特其特征在于，所述薄膜的厚度均为10um。
6.如权利要求1所述一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，特其特征在于，所周期性金属单元(31)阵列的材料采用铝。
7.如权利要求1所述一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，特其特征在于，所周期性金属单元(31)阵列的厚度为600nm。
8.如权利要求1所述一种340GHz基于薄膜型器件宽带双工器，特其特征在于，周期性金属单元(31)阵列的正方形金属薄片宽为120um，长方形金属薄片宽为121um，周期性金属单元的周期为503mm*272mm。
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