CN107342446A - 太赫兹基片集成波导‑微带过渡结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种太赫兹基片集成波导‑微带过渡结构，旨在提供一种结构简单，易加工，能够广泛应用于太赫兹平面电路实现平面互连的射频信号传输结构。本发明通过下述方案予以实现：金属化通孔阵列(3)按线阵排列在基片集成波导(1)矩形体长度方向的两边，在所述矩形体一侧宽边对接射频输出口(6)凸台结合体的共面板面上，设有同侧相连平面微带(5)的多层渐变基片集成波导过渡结构(4)；基片集成波导将太赫兹信号能量耦合于单层介质基片(2)的介质层，通过一段多层渐变基片集成波导过渡结构互连平面微带传输宽带太赫兹信号，通过多层渐变基片集成波导过渡结构将基片集成波导的TE10模转变为平面微带的TEM模，最后通过射频输出口输出。

Description

太赫兹基片集成波导-微带过渡结构
技术领域
本发明涉及一种实现宽带太赫兹信号传输的导波结构，尤其是适用于太赫兹频段平面电路之间有效互连的太赫兹基片集成波导-微带过渡结构，。
背景技术
由于太赫兹波具有穿透性、对金属材料的强反射性以及极高频率的特性，使得太赫兹波的成像分辨率得到大幅度提高，透视图像更清晰，对隐藏在衣物和行李内的刀具、枪械等危险物品可以显示得更加真实，如果再结合太赫兹波的物质鉴别技术，甚至能够直接区分出人体是否携带炸药或毒品。太赫兹的应用除了太赫兹信号源，还必须解决太赫兹信号的传输问题，这也包括太赫兹平面电路之间的互连。在太赫兹科学的发展过程中，太赫兹传输线的研究是最不可或缺的一部分，是太赫兹频段开发和应用的基础。它可以有效地对太赫兹信号进行传输，降低信号的传输损耗。然而当前缺乏合适的导波材料和结构将主传输线和腔体壁相连构成接地而引入的不连续性，是制约太赫兹技术发展的重要原因。
基片集成波导SIW是在介质基片上利用金属化通孔阵列来实现的，介质基片既是电磁场的传输媒质，又是电路的载体和支撑体。可以看作是矩形金属波导在介质基片上的实现，它可以利用印制电路板(PCB)或低温共烧陶瓷(LTCC)工艺来实现。在单层介质基片上打两排金属化的通孔，就能实现一段简单的基片集成波导结构，特别适合太赫兹射频信号的平面传输。为了抑制波导模式而仅让悬置微带的准TEM主模单模传输，波导截面尺寸的通常选择必须使波导模式主模的截止频率高于悬置微带的最高工作频率，否则，波导模式将产生高次谐振以及不必要的耦合，会限制和破坏电路性能。
太赫兹频段的介质基片主要有:氧化铝陶瓷、RT/duroid系列软基片、蓝宝石、熔融石英等，另外还有主要用于MMIC的GaAs和InP以及用于RFIC的Si。氧化铝陶瓷的介质损耗小，表面光洁，适宜于较高频段，但是陶瓷板需要真空镀膜，加工复杂，成本高；RT/duroid系列在毫米波和亚毫米波频段介质损耗相对较大，同时基片属于软基片，强度差，过薄时，容易变形，使电路性能恶化。蓝宝石介质损耗小、纯度高、致密性强、光洁度好，适用于制作高阻线细条带和有细缝隙耦合的电路，但因其价格极其昂贵，一般电路很少采用。石英基片具有表面光洁、损耗小、热膨胀系数小、强度高、不易变形等特点，特别适合亚毫米波、太赫兹频段使用。石英基片相对于复合介质材料具有更高的加工精度，而相对于氧化铝陶瓷基片又具有较低的介电常数，电路尺寸会相对较大，但石英基片质地较脆，不易打孔，使用时对腔体基片装架槽设计以及装配操作要求较高。如何对电磁场进行约束以及进行有效传输是太赫兹导波结构研究的重要问题。目前人们已经提出了一些太赫兹导波结构。在这些结构当中，一些导波结构特别适合实现太赫兹平面电路实现有效互连，但当前太赫兹平面电路之间无法实现有效互连。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单，易于加工，平面互连性好，耦合强度高的太赫兹平面互连过渡结构。该结构能够使多个太赫兹平面电路之间实现有效、低损的射频信号传输，从而提高太赫兹信号的发射与接收的效率，特别是能够适用于整个0.1THz～0.5THz太赫兹频段。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种太赫兹基片集成波导-微带过渡结构，包括设置在基片集成波导1矩形体面上的单层介质基片2、金属化通孔阵列3和通过平面微带5传输射频信号的射频输出口6，其特征在于：金属化通孔阵列3按线阵排列在基片集成波导1矩形体长度方向的两边，在所述矩形体一侧宽边对接射频输出口6凸台结合体的共面板面上，设有同侧相连平面微带5的多层渐变基片集成波导过渡结构4；太赫兹信号从基片集成波导1的自由端输入，将太赫兹信号能量耦合于单层介质基片2的介质层，通过一段多层渐变基片集成波导过渡结构互连平面微带5传输宽带太赫兹信号，太赫兹信号以多层渐变基片集成波导过渡结构4作为输入，通过多层渐变基片集成波导过渡结构4将基片集成波导1的TE10模转变为平面微带5的TEM模，对基片集成波导1与平面微带5的阻抗进行匹配，最后通过射频输出口6输出。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
结构简单，易于加工。本发明将金属化通孔阵列3按线阵排列在基片集成波导1矩形体长度方向的两边，在所述矩形体一侧宽边对接射频输出口6凸台结合体的共面板面上设置同侧相连平面微带5的多层渐变基片集成波导过渡结构4；它们的结构更为简单，这就更易于加工实现，从而解决了现有单一结构形式的太赫兹导波结构制造工艺要求高，实际应用较困难，难于加工等问题。
平面互连性好。本发明以基片集成波导作为射频信号输入，通过一段多层渐变基片集成波导过渡结构与平面微带进行互连，实现太赫兹频段平面电路之间的有效互连。利用单层介质基片2上金属化通孔阵列3和矩形金属波导在介质基片上的输出射频信号来实现基片集成波导1射频信号的输出，可以更好的实现太赫兹频段平面电路之间的有效互连。而当前太赫兹平面电路一般采用微带结构，可以与外部太赫兹平面电路或者天线结构实现高效传输，从而解决了太赫兹信号的平面传输问题。
耦合强度高。本发明在基片集成波导、多层渐变基片集成波导过渡结构与平面微带均采用介质基片实现宽带太赫兹信号传输，能够将太赫兹信号的能量有效地耦合于内部介质层，获得更强的能量聚集特性，降低了太赫兹信号存在于外部空间的辐射损耗，可以与外部太赫兹平面电路或者天线结构实现高效耦合，提高太赫兹信号的发射与接收的效率。同时，可通过调节单层介质基片2和金属化通孔阵列3的尺寸来传输相应的太赫兹射频信号。调整多层渐变基片集成波导过渡结构，可以平缓实现基片集成波导1与平面微带5之间的阻抗变换，有利于增加射频带宽，解决了工程应用中太赫兹平面电路之间实现互连的难题。
接收效率高。本发明采用相对于当前所提出的共面波导、平板波导、介质光纤等太赫兹导波结构的多层渐变基片集成波导过渡结构4将基片集成波导1的TE10模转变为平面微带5的TEM模，对基片集成波导1与平面微带5的阻抗进行匹配，通过多层渐变结构，可以平缓实现基片集成波导1与平面微带5之间的阻抗变换，有利于增加射频带宽。通过这种基片集成波导和平面微带的过渡结构形式，具有非常高的接收效率。
本发明可以通过调节单层介质基片2和金属化通孔阵列3的尺寸来传输相应的太赫兹射频信号；调整多层渐变基片集成波导过渡结构，可以平缓实现基片集成波导1与平面微带5之间的阻抗变换，有利于增加射频带，实现低损耗的射频信号传输，从而实现工程应用中的太赫兹平面电路互连。特别适用于0.1THz～0.5THz太赫兹频段平面电路之间的有效互连，并且耦合频率与耦合强度可调的太赫兹频段的平面电路传输装置。
附图说明
图1是本发明太赫兹基片集成波导-微带过渡结构主视剖视图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1、图2的三维透视图。
图中：1基片集成波导、2单层介质基片，3金属化通孔阵列，4多层渐变基片集成波导过渡结构，5平面微带，6射频输出口。
具体实施方式
参阅图1-图3。在以下描述的实施例中，一种太赫兹基片集成波导-微带过渡结构，包括设置在基片集成波导1矩形体面上的单层介质基片2、金属化通孔阵列3和通过平面微带5传输射频信号的射频输出口6。其中，基片集成波导1是由在单层介质基片2上利用金属化通孔阵列3来实现，可以看作是矩形金属波导在介质基片上的实现。基片集成波导1作为太赫兹射频信号输入端，它的传输主模与标准矩形波导相同。基片集成波导1可以通过改变单层介质基片2和金属化通孔阵列3的尺寸来传输相应的太赫兹射频信号。射频输出口6能够直接与标准金属矩形波导、共面波导等导波结构进行互连。
太赫兹信号从基片集成波导1一端输入，通过多层渐变基片集成波导过渡结构4实现从基片集成波导1的TE10模到平面微带5的TEM模的转变，同时对基片集成波导1与平面微带5的阻抗进行匹配，金属化通孔阵列3按线阵排列在基片集成波导1矩形体长度方向的两边，在所述矩形体一侧宽边对接射频输出口6凸台结合体的共面板面上设有同侧相连平面微带5的多层渐变基片集成波导过渡结构4；太赫兹信号从基片集成波导1的自由端输入，将太赫兹信号能量耦合于单层介质基片2的介质层，通过一段多层渐变基片集成波导过渡结构互连平面微带5传输宽带太赫兹信号，太赫兹信号以多层渐变基片集成波导过渡结构4作为输入，通过多层渐变基片集成波导过渡结构4将基片集成波导1的TE10模转变为平面微带5的TEM模，对基片集成波导1与平面微带5的阻抗进行匹配，最后通过射频输出口6输出。基片集成波导1作为射频信号输入端，既可以与矩形波导相连，也可以与鳍线和微带进行互连；输出端的平面微带5也可以直接与多种导波结构形式互连，如共面波导、矩形金属波导等。
本发明具体实施可采用以下步骤：
首先根据太赫兹电路频段要求，确定频率通带，选择合适的介质基片材料(通常在0.1-0.5THz频段内，介质基片材料选择石英材料)。利用微波电路计算机辅助软件，建立图1的导波结构，设定所需的传输特性设计目标，通过软件的优化设计程序确定基片集成波导的传输参数、金属化通孔阵列以及微带传输线的传输参数。

Claims (3)

1.一种太赫兹基片集成波导-微带过渡结构，包括设置在基片集成波导(1)矩形体面上的单层介质基片(2)、金属化通孔阵列(3)和通过平面微带(5)传输射频信号的射频输出口(6)，其特征在于：金属化通孔阵列(3)按线阵排列在基片集成波导(1)矩形体长度方向的两边，在所述矩形体一侧宽边对接射频输出口(6)凸台结合体的共面板面上，设有同侧相连平面微带(5)的多层渐变基片集成波导过渡结构(4)；太赫兹信号从基片集成波导(1)的自由端输入，将太赫兹信号能量耦合于单层介质基片(2)的介质层，通过一段多层渐变基片集成波导过渡结构互连平面微带(5)传输宽带太赫兹信号，太赫兹信号以多层渐变基片集成波导过渡结构(4)作为输入，通过多层渐变基片集成波导过渡结构(4)将基片集成波导(1)的TE10模转变为平面微带(5)的TEM模，对基片集成波导(1)与平面微带(5)的阻抗进行匹配，最后通过射频输出口(6)输出。
2.如权利要求1所述的太赫兹基片集成波导-微带过渡结构，其特征在于：基片集成波导(1)是由在单层介质基片(2)上利用金属化通孔阵列(3)来实现的。
3.如权利要求1所述的太赫兹基片集成波导-微带过渡结构，其特征在于：基片集成波导(1)作为太赫兹射频信号输入端，它的传输主模与标准矩形波导相同。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111668582A (zh) * 2020-06-15 2020-09-15 南京航空航天大学 半空气填充基片集成凹槽间隙波导及其微带过渡转换装置
CN111665592A (zh) * 2020-05-07 2020-09-15 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种lnoi悬空模斑转换器及其工艺实现方法
CN113540733A (zh) * 2021-07-21 2021-10-22 上海交通大学 一种垂直转接结构
CN113839165A (zh) * 2021-09-16 2021-12-24 中国科学院空天信息研究院粤港澳大湾区研究院 用于匹配太赫兹波导与基片集成波导的传输互连结构
CN115207587A (zh) * 2022-09-15 2022-10-18 四川太赫兹通信有限公司 一种太赫兹雷达系统、前端及波导结构
CN117374552A (zh) * 2023-12-05 2024-01-09 成都华兴大地科技有限公司 一种低剖面密封型微带至波导的过渡结构及应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1499667A (zh) * 2002-10-29 2004-05-26 Tdk株式会社 高频组件、模式变换结构及方法
CN105958167A (zh) * 2016-07-01 2016-09-21 北京交通大学 垂直基片集成波导及包括该波导的垂直连接结构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1499667A (zh) * 2002-10-29 2004-05-26 Tdk株式会社 高频组件、模式变换结构及方法
CN105958167A (zh) * 2016-07-01 2016-09-21 北京交通大学 垂直基片集成波导及包括该波导的垂直连接结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张芦等: "基于基片集成波导（SIW）的Ku 波段两路功分器设计", 《磁性材料及器件》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111665592A (zh) * 2020-05-07 2020-09-15 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种lnoi悬空模斑转换器及其工艺实现方法
CN111668582A (zh) * 2020-06-15 2020-09-15 南京航空航天大学 半空气填充基片集成凹槽间隙波导及其微带过渡转换装置
CN113540733A (zh) * 2021-07-21 2021-10-22 上海交通大学 一种垂直转接结构
CN113540733B (zh) * 2021-07-21 2022-03-01 上海交通大学 一种垂直转接结构
CN113839165A (zh) * 2021-09-16 2021-12-24 中国科学院空天信息研究院粤港澳大湾区研究院 用于匹配太赫兹波导与基片集成波导的传输互连结构
CN115207587A (zh) * 2022-09-15 2022-10-18 四川太赫兹通信有限公司 一种太赫兹雷达系统、前端及波导结构
CN117374552A (zh) * 2023-12-05 2024-01-09 成都华兴大地科技有限公司 一种低剖面密封型微带至波导的过渡结构及应用
CN117374552B (zh) * 2023-12-05 2024-02-02 成都华兴大地科技有限公司 一种低剖面密封型微带至波导的过渡结构及应用

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