CN112928417B - 一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线，通过双层、多层均匀多孔或非均匀多孔附着于近波长直径的低介电常数介质圆柱，利用孔的排布调控介质波导传输线的损耗及色散，实现直径近波长易弯曲的低损耗低色散亚太赫兹介质波导传输线。本发明的多孔型亚太赫兹介质波导传输线在结构上尺寸小、柔韧性好，在性能上损耗低、色散低。

Description

一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线

技术领域

本发明涉及太赫兹通信领域，尤其涉及多孔型亚太赫兹频段介质波导传输线。

背景技术

亚太赫兹(sub THz)位于太赫兹频谱低端，与微波频段高端重叠，具有多个大气窗口比如0.14 THz、0.22 THz，是第六代移动通信研究的重要频段之一，也可广泛应用于雷达、遥感、无损检测、生物医学、环境监测等领域。亚太赫兹传输线作为亚太赫兹系统的重要组成部分，其损耗、色散、柔韧性及尺寸等特性必然受到关注。

目前报道的亚太赫兹传输结构有：金属波导、平行板波导、金属丝波导、光子晶体、介质波导等。传统的矩形金属波导、圆金属波导是3mm、8mm系统的重要传输手段，在亚太赫兹频段存在导体损耗过大、色散严重、无法弯曲、不易对准安装等问题。平行板波导虽然可以通过调节板间距离控制传输模式从而达到低色散的传输特性，但整体损耗依然较大，且尺寸较大，不易弯曲，馈电结构复杂。金属丝波导，依靠金属与空气交界面传播信号，对电磁波的束缚能力较差，在亚太赫兹频段损耗较大，最终体现在性能上，传输损耗和色散等性能都较差。基于光子晶体的太赫兹波导的核心远大于波长，其传导机制是基于包层中行波的多层反射，最终体现的色散较小，但是损耗较大，且工作波段较窄。传统的介质波导传输线避免了金属结构在亚太赫兹频段的传输损耗，因此相对于金属波导、平行板波导、金属丝波导等传输结构损耗较小，但是在损耗、色散及尺寸上还需进一步改善。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线，使其具备损耗小、低色散、尺寸小并具有柔韧性的多种特点。

技术方案：一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线，所述介质波导传输线采用低介电常数的圆柱形介质，所述圆柱形介质的直径介于0.9-1.4个波长；在圆柱形介质的中轴线上设有第一空气孔，并以所述第一空气孔为中心，在圆周上均匀设置一层或多层沿轴向的第二空气孔，第二空气孔与第一空气孔的间距远小于波长。

一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线，所述介质波导传输线采用低介电常数的圆柱形介质，所述圆柱形介质的直径介于0.9-1.4个波长；在圆柱形介质内沿轴线设有大小和位置均是非均匀的空气孔。

有益效果：本发明通过双层、多层均匀多孔或非均匀多孔附着于近波长直径的低介电常数介质圆柱，孔间距远小于波长，利用孔的排布调控介质波导传输线的损耗及色散，实现易弯曲的低损耗低色散亚太赫兹介质波导传输线。本发明的多孔型亚太赫兹介质波导传输线在结构上尺寸小、柔韧性好，在性能上损耗低、色散低。

附图说明

图1为实施例1介质波导传输线的径向剖面图；

图2为实施例1介质波导传输线的轴线剖面图；

图3为实施例1介质波导传输线的传输损耗仿真图；

图4为实施例1介质波导传输线的群时延仿真图；

图5为实施例2介质波导传输线的径向剖面图；

图6为实施例2介质波导传输线的轴线剖面图；

图7为实施例3介质波导传输线的径向剖面图；

图8为实施例3介质波导传输线的轴线剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

实施例1：

如图1、图2所示，一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线，介质波导传输线采用低介电常数的圆柱形介质1，圆柱形介质1的直径介于0.9-1.4个波长。在圆柱形介质1的中轴线上设有第一空气孔2，并以第一空气孔2为中心，在圆周上均匀设置一层沿轴向的第二空气孔3；第二空气孔3与第一空气孔2的间距与直径的比值介于0.1-0.3之间，远小于波长。

该多孔型亚太赫兹介质波导传输线采用低介电常数的介质材料实现，即介电常数小于3.9的材料，保证整个传输线具有一定的柔韧性。同时所使用的介质材料损耗角正切小，低于万分之五，例如聚四氟乙烯，为低介质损耗提供基础。传输线的直径接近一个波长，使得在亚太赫兹频段的尺寸较小。

该均匀多孔型亚太赫兹介质波导依然传输HE₁₁模式，亚太赫兹信号在传输线上沿轴向传输，在传输过程中电场主要聚集在介质区域，并且空气孔圆周所围的介质内电场远大于空气孔圆周外介质内的电场，同时空气孔的损耗小，因此可以降低整体传输线的吸收损耗及减小色散。

波导的传输损耗和群时延如图3、图4所示，介质波导传输线的直径为2mm，工作频段为127.5-152.5 GHz，在整个工作频段内的损耗范围为2.77-2.93 dB/m，群时延最大波动与频宽的比值为0.46 ps/GHz/m，因此色散较低。

实施例2：

如图5、图6所示，与实施例1的区别仅在于，在圆柱形介质1内，以第一空气孔2为中心，在圆周上均匀设置两层沿轴向的第二空气孔3，其工作机制与实施例1相同。

实施例3：

如图7、图8所示，一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线，介质波导传输线采用低介电常数的圆柱形介质1，圆柱形介质1的直径介于0.9-1.4个波长。与实施例1的区别在于，在圆柱形介质1内沿轴线设有大小和位置均是非均匀的空气孔5，其工作机制与实施例1相同，而电场呈现非轴对称分布。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线，其特征在于，所述介质波导传输线采用低介电常数的圆柱形介质(1)，所述圆柱形介质(1)的直径介于0.9-1.4个波长；在圆柱形介质(1)的中轴线上设有第一空气孔(2)，并以所述第一空气孔(2)为中心，在圆周上均匀设置一层或多层沿轴向的第二空气孔(3)，第二空气孔(3)与第一空气孔(2)的间距远小于波长；所述多孔型亚太赫兹介质波导传输线传输HE₁₁模式，亚太赫兹信号在传输线上沿轴向传输，在传输过程中电场主要聚集在介质区域，并且空气孔圆周所围的介质内电场远大于空气孔圆周外介质内的电场，空气孔的损耗小，因此降低整体传输线的吸收损耗及减小色散。

2.根据权利要求1所述的多孔型亚太赫兹介质波导传输线，其特征在于，所述圆柱形介质(1)的介质材料损耗角正切低于万分之五。

3.一种多孔型亚太赫兹介质波导传输线，其特征在于，所述介质波导传输线采用低介电常数的圆柱形介质(1)，所述圆柱形介质(1)的直径介于0.9-1.4个波长；在圆柱形介质(1)内沿轴线设有大小和位置均是非均匀的空气孔(5)；所述多孔型亚太赫兹介质波导传输线传输HE₁₁模式，亚太赫兹信号在传输线上沿轴向传输，在传输过程中电场主要聚集在介质区域，并且空气孔圆周所围的介质内电场远大于空气孔圆周外介质内的电场，空气孔的损耗小，因此降低整体传输线的吸收损耗及减小色散；而电场呈现非轴对称分布。

4.根据权利要求3所述的多孔型亚太赫兹介质波导传输线，其特征在于，所述圆柱形介质(1)的介质材料损耗角正切低于万分之五。

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