CN112928418B - 一种扇形加载的亚太赫兹介质波导 - Google Patents

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    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/16—Dielectric waveguides, i.e. without a longitudinal conductor

Abstract

本发明公开了一种扇形加载的亚太赫兹介质波导，包括圆柱形介质，在圆柱形介质的表面加载若干扇环形柱体介质，扇环形柱体介质在圆柱形介质的圆周上均匀间隔分布。圆柱形介质和扇环形柱体介质为同一种低介电常数的介质材料。本发明通过在直径低于波长的低介电常数介质圆柱外加载多个扇环形介质，实现低损耗、低色散的亚太赫兹介质波导，并且结构易弯曲及加工。

Description

一种扇形加载的亚太赫兹介质波导
技术领域
本发明涉及一种太赫兹介质波导。
背景技术
太赫兹(THz)波位于微波和红外光之间，频率范围为0.1-10 THz (即波长为30-3000 μm)，属于亚毫米波、远红外波段，而亚太赫兹(sub THz)位于太赫兹频谱低端，与微波频段高端重叠。相较于传统的微波和光波，亚太赫兹波具有低能量性、高透射性、相干性等特点，在通信、无损检测、生物医学、环境监测等领域被广泛应用。波导传输是降低亚太赫兹波在传输中能量衰减的有效解决方法之一，研究适用于不同需求的亚太赫兹波导成为急需。相较于金属波导在传输过程中较高的导体损耗和结构不易弯曲，介质波导具有柔性、可弯曲的优势。但是电磁信号传输时，系统对波导提出了低色散和低损耗的传输要求，而介质材料在亚太赫兹频段具有一定的吸收损耗，这对亚太赫兹波导实现低损耗传输带来了困难，同时传统的介质波导在色散特性上还需进一步提高性能。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种能够兼顾低损耗、低色散、柔韧性、小尺寸、易于实现特点的亚太赫兹介质波导。
技术方案：一种扇形加载的亚太赫兹介质波导，包括圆柱形介质，在所述圆柱形介质的表面加载若干扇环形柱体介质，所述扇环形柱体介质在所述圆柱形介质的圆周上均匀间隔分布；所述圆柱形介质和扇环形柱体介质为同一种低介电常数的介质材料。
进一步的，所述圆柱形介质的直径小于一个波长，所述扇环形柱体介质的径向厚度小于半个波长。
进一步的，所述圆柱形介质的介质材料损耗角正切小于万分之五。
有益效果：本发明通过在直径低于波长的低介电常数介质圆柱外加载多个扇环形介质，实现低损耗、低色散的亚太赫兹介质波导，并且结构易弯曲及加工。加载的扇环形介质可以是两个、三个或更多个，沿圆柱形介质圆周均匀间隔设置，厚度小于半波长。
附图说明
图1为本发明亚太赫兹介质波导的轴向剖面图；
图2为本发明亚太赫兹介质波导的径向剖面图；
图3为本发明亚太赫兹介质波导的损耗仿真图；
图4为本发明亚太赫兹介质波导的群时延仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1、图2所示，一种扇形加载的亚太赫兹介质波导，包括圆柱形介质1，在圆柱形介质1的表面加载三条扇环形柱体介质2，三条扇环形柱体介质2在圆柱形介质1的圆周上均匀间隔分布。圆柱形介质1和扇环形柱体介质2为同一种低介电常数的介质材料，保证整个波导具有一定的柔韧性。同时所使用的介质材料损耗角正切小，小于万分之五，例如聚四氟乙烯、聚乙烯，为低介质损耗提供基础。圆柱形介质1的直径小于一个波长，扇环形柱体介质2的径向厚度小于半个波长，使得整体波导的直径接近一个波长，在亚太赫兹频段获得较小的尺寸。
亚太赫兹信号在本发明的介质波导中沿轴向传输，电磁场分布依然符合HE11模式，但是电场不再如传统介质波导中电场呈现的中心对称分布特点，而是沿垂直于极化的中心面呈现对称性，并且扩大了介质与空气的交界面。通过交界面的影响、电磁场的分布以及电磁波在不同介质中的占比变化，使得扇形加载亚太赫兹介质波导的损耗及色散都有所降低。
本实施例的亚太赫兹介质波导，其直径为3 mm，工作频段为127.5-152.5 GHz，如图3所示，在整个工作频段内的损耗范围为2.99-4.01 dB/m，如图4所示，群时延最大波动与频宽的比值为0.284 ps/GHz/m，色散较小。
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 (2)

1.一种扇形加载的亚太赫兹介质波导，其特征在于，包括圆柱形介质（1），在所述圆柱形介质（1）的表面加载若干扇环形柱体介质（2），所述扇环形柱体介质（2）在所述圆柱形介质（1）的圆周上均匀间隔分布；所述圆柱形介质（1）和扇环形柱体介质（2）为同一种低介电常数的介质材料；所述圆柱形介质（1）的直径小于一个波长，所述扇环形柱体介质（2）的径向厚度小于半个波长。
2.根据权利要求1所述的扇形加载的亚太赫兹介质波导，其特征在于，所述圆柱形介质（1）的介质材料损耗角正切小于万分之五。
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