CN108417955A - 介质平板太赫兹波导功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种介质平板太赫兹波导功分器，旨在提供一种结构简单，功分效率高的太赫兹波导功分器，本发明通过下述方案予以实现：装夹在两个平行金属板(1)之间的介质板(2)采用制有太赫兹波输入端口，沿长度方向制有盲槽，向盲槽尾端两外侧弯曲对称延伸出两个太赫兹波输出端口的功分构件，在盲槽出口端固联分隔二路功分输出信号的矩形体介质块(4)，从而形成太赫兹波从介质板的一端输入，从另一端的两个出口输出太赫兹射频信号的二路功分器。本发明能够将输入的一路太赫兹信号通过二路输出，可以与外部太赫兹平面电路或者天线结构实现高效传输。

Description

介质平板太赫兹波导功分器
技术领域
本发明是涉及一种主要用于通信、雷达、安检成像、生物医学、频谱分析等多个领域基于平板介质波导的太赫兹波导功分器结构。
背景技术
目前的太赫兹(Terahertz,THz)系统以自由空间为主，太赫兹辐射相对微波具有天然的高带宽，可承载更多的信息，发射方向性也更好。由于太赫兹在自由空间中传输时损耗太大，因此太赫兹波只能在一定的波导系统中才能进行远距离传输。随着THz固态系统的发展，THz波导及其功能器件将发挥重要作用。太赫兹辐射产生技术与太赫兹导波技术是太赫兹技术中最关键的核心技术，太赫兹源和导波器件也是太赫兹系统中最关键的组成部分。在介质平板波导、金属平行板介质波导和石墨烯表面等离子激元波导的太赫兹导波结构中，平板波导是最有代表性的波导结构，但金属平行板波导的横向场分布不集中，金属膜对单介质板太赫兹波导传输特性的影响高吸收损耗，低损耗太赫兹波导的研究一直受到限制。在现代微波毫米波电路设计中,功率分配器件占据了很重要的位置,特别是在毫米波频段,由于器件的体积较小,具有复杂结构的器件会增加加工难度和生产成本,因此有必要对功率分配器件进行进一步的研究,设计出结构简单、容易加工的高性能功率分配器件。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，这也包括太赫兹射频信号平面功分传输的问题。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。但受空气中水蒸气的影响,THz电磁波在自由空间传输具有非常大的吸收损耗,并且传输方向难以控制。由于极性分子(如水分子)对太赫兹波具有很强的吸收，这一点限制了太赫兹波在长距离无线通信的应用。当前太赫兹平面电路一般采用微带结构或者悬置微带结构，在太赫兹科学的发展过程中，太赫兹平面电路之间很难实现有效的互连。太赫兹波功分器是一类重要的太赫兹波功能器件，但太赫兹波功分器大都存在着结构复杂、功分效率低、成本高等诸多缺点。实际应用中，当单个功率放大器件的输出功率受到加工工艺、散热等问题的限制而难以满足一些系统对较高功率的需求时，通常需要采用功分/合成器件将多个器件的功率进行合成来获得高功率的输出。功率分配/合成器通常采用微带线、带状线、波导腔体等结构来实现。微带线、带状线具有加工简单、体积小的优点，但是功率容量小、Q较大。波导腔体结构具有功率容量大、插损小和易散热等优点，但具有其体积大，重量大等难以克服的缺点，而难以满足现代通信系统结构紧凑、质量轻的要求。
太赫兹频段的传输结构有很多选择,需要针对不同的需求选择合适的导波结构.同时仍需要寻找更低损耗和色散的太赫兹传输线材料和结构。表面波波导是一种较后出现的传输线结构，表面波是一种沿两媒质之界面传播的电磁波，表面波可以由其介质表面引导而不会向外辐射，可用于毫米波频段。表面波波导这类传输线既可用在波长较长时(如米波),也可用在相当短的波长(如毫米波),甚至可能用到太赫波波段。表面波传输线横向尺寸不大,因而有广泛的实用价值。平板介质波导能够更有效地将电磁能量聚集在内部介质区域中进行传输，从而增强波导的能量聚集能力。
发明内容
本发明目的是针对当前太赫兹平面电路之间无法实现有效互连的问题，提供一种结构简单，成本低，功分效率高，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，基于平板介质波导的太赫兹新型介质波导功分器结构。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种介质平板太赫兹波导功分器，包括：装夹在两个平行金属板之间的介质板，其特征在于：介质板是制有太赫兹波输入端口，沿直条介质波导长度方向制有盲槽，向盲槽尾端两外侧拐角弯曲对称分弧延伸出两个太赫兹波输出端口的功分构件，在盲槽出口端还固联分隔二路功分输出信号的矩形体介质块，从而形成太赫兹波从介质板的一端输入，从另一端的两个出口输出太赫兹射频信号的二路功分器。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
结构简单，成本低。本发明以平板介质波导作为一路射频信号输入结构形式，通过两个太赫兹波输出端口输出二路射频信号，相比于一般采用微带结构或者悬置微带结构太赫兹平面电路结构简单，可以很好的解决太赫兹信号的平面传输问题。在这种采用沿介质板长度方向制盲槽，向盲槽尾端两外侧弯曲对称延伸出两个太赫兹波输出端口的功分构件，相比于现有技术矩形金属波导、共面波导、微带等太赫兹功分器结构，它们的结构更为简单，更易于加工实现，成本低。这种结构不仅可以有效提高功分器的机械性能，还能显著提升在空气隙中太赫兹波电场增强(5.5倍)与能量聚集能力，从而解决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。
功分效率高。本发明采用制有盲槽的介质板，通过盲槽尾端两外侧弯曲对称延伸出两个太赫兹波输出端口，实现两个输出端口能量均分输出耦合强度高的太赫兹信号传输，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。在盲槽出口端固联分隔二路功分输出信号的矩形体介质块，提高了太赫兹二路功分输出信号之间的隔离度和太赫兹信号的发射与接收的效率。同时，可通过改变金属板的大小和两个金属板之间的间距，来传输相应的太赫兹射频信号。调节介质板的尺寸和材料参数来优化太赫兹功分器的传输参数以及输出信号之间的隔离度。
本发明特别适用于太赫兹频段平面电路之间的有效互连，
附图说明
图1是本发明所述基于平板介质波导的太赫兹新型介质波导功分器结构示意图。
图1中：1平行金属板，2介质板，3空气层，4矩形体介质块。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的实施例中，一种介质平板太赫兹波导功分器，包括：装夹在两个平行金属板1之间的介质板2，其中，介质板2是制有太赫兹波输入端口，沿直条介质波导长度方向制有盲槽，向盲槽尾端两外侧拐角弯曲对称分弧延伸出两个太赫兹波输出端口的功分构件，在盲槽出口端还固联分隔二路功分输出信号的矩形体介质块4，从而形成太赫兹波从介质板2的一端输入，从另一端的两个出口输出太赫兹射频信号的二路功分器。
太赫兹波从介质板2的一端输入，从另一端的两个出口输出，介质板之外的区域为空气层(3)。从而形成太赫兹二路功分器。
基于平板介质波导的太赫兹新型介质波导功分器结构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。通过改变金属板的大小和两个金属板之间的间距，来传输相应的太赫兹射频信号。调节介质板的尺寸和材料参数来优化太赫兹功分器的传输参数以及输出信号之间的隔离度。
两个平行金属板1可以根据传输太赫兹射频信号的频率，依照金属矩形波导的尺寸来改变金属板的大小和两个金属板之间的间距。
太赫兹射频信号在介质板2介质材料中进行传输，通过调整介质板的尺寸和材料参数来优化它的传输参数。
本发明具体实施可采用以下步骤：首先根据所需的太赫兹频段需求，可以选择聚四氟乙烯/石英等材料来作为介质平板材料，利用微波电路计算机辅助软件，建立图1的导波结构，在仿真软件中设定所需的频段和滤波器在工作频段内的S参数实现目标。最后通过软件的优化设计程序，从而确定各单元传输参数。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种介质平板太赫兹波导功分器，包括：装夹在两个平行金属板(1)之间的介质板(2)，其特征在于：介质板(2)是制有太赫兹波输入端口，沿直条介质波导长度方向制有盲槽，向盲槽尾端两外侧拐角弯曲对称分弧延伸出两个太赫兹波输出端口的功分构件，在盲槽出口端还固联分隔二路功分输出信号的矩形体介质块(4)，从而形成太赫兹波从介质板(2)的一端输入，从另一端的两个出口输出太赫兹射频信号的二路功分器。
2.如权利要求1所述的介质平板太赫兹波导功分器，其特征在于：两个平行金属板(1)根据传输太赫兹射频信号的频率，依照金属矩形波导的尺寸来改变金属板的大小和两个金属板之间的间距。
3.如权利要求1所述的介质平板太赫兹波导功分器，其特征在于：太赫兹射频信号在介质板(2)介质材料中进行传输，通过调整介质板的尺寸和材料参数来优化它的传输参数。
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