CN115548616B - 一种太赫兹电路的构造元件、构造系统及电路系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太赫兹电路技术领域，尤其是涉及一种太赫兹电路的构造元件、构造系统及电路系统，所述构造元件为棱柱结构的金属体，所述金属体内沿信号传输方向依次设置有输入波导、波导电路腔和输出波导，所述输入波导和输出波导的截面尺寸相同，输入波导和输出波导分别与金属体的底面垂直或平行，所述波导电路腔用于设置太赫兹电路单元。本发明让不同类型的太赫兹电路单元分别采用相同形状结构的模块化金属体进行封装，同时将输入波导和输出波导的截面尺寸设置相同，进而可以自由选择承载所需电路单元的模块化金属体进行组装，构成相应的太赫兹波导电路，有效提高构造元件和构造系统在太赫兹电路研究使用过程中的利用率、便捷性和灵活性。

Description

一种太赫兹电路的构造元件、构造系统及电路系统

技术领域

本发明涉及太赫兹电路技术领域，尤其是涉及一种太赫兹电路的构造元件、构造系统及电路系统。

背景技术

太赫兹波（Terahertz Wave，THz）亦被称为太赫兹射线，该频带包含了频率从0.1THz到10THz的电磁波，其对应的波长范围为0.03mm到3mm，适用于电磁辐射的毫米波波段的高频边缘和低频率的远红外光谱带边缘之间的频率。

申请人在实现本发明的过程中发现，在研究设计太赫兹电路时，一般预先设计出电路连接方式，然后依据设计好的电路连接方式进行适应性波导电路加工，待波导电路加工完成后进行固定永久式封装，进而使得一个波导电路只能适配一个电路连接方式进行使用或研究，而在研究使用过程中需对波导电路进行二次改进时，必须对波导电路中大量的波导结构进行替换，替换过程费时费力，因而现有技术都会采用根据改进后的电路重新加工制造新的波导电路，但这就会导致原有波导电路资源浪费，不能得到有效利用。

发明内容

本申请的目的是提供一种太赫兹电路的构造元件、构造系统及电路系统，来解决现有技术中存在的上述技术问题，主要包括以下三个方面：

本申请第一方面提供了一种太赫兹电路的构造元件，所述构造元件为棱柱结构的金属体，所述金属体内沿信号传输方向依次设置有输入波导、波导电路腔和输出波导，所述输入波导和输出波导的截面尺寸相同，输入波导和输出波导分别与金属体的底面垂直或平行，所述波导电路腔用于设置太赫兹电路单元。

进一步地，所述金属体包括I型结构、II型结构和III型结构，在I型结构中，输入波导的端口、输出波导的端口设置在同一棱柱面上，在II型结构中，输入波导对应的棱柱面与输出波导对应的棱柱面相邻设置，在III型结构中，输入波导对应的棱柱面与输出波导对应的棱柱面相对设置。

进一步地，所述金属体上设置有定位孔，所述定位孔用于与定位件配合实现金属体之间的可拆卸连接。

进一步地，所述定位孔贯穿金属体。

进一步地，所述金属体为直棱柱结构，金属体的底面为长方形。

本申请第二方面提供了一种太赫兹电路的构造系统，包括夹具和N个上述的构造元件，所述构造元件呈阵列排布，沿信号传输方向，相邻的两个构造元件中，在前构造元件的输出波导与在后构造元件的输入波导同轴设置，所述夹具用于对阵列排布的构造元件进行夹持固定，所述N为不小于2的正整数。

进一步地，所述夹具包括上夹持件和下夹持件，所述上夹持件与下夹持件可拆卸连接。

进一步地，所述夹具还包括至少一个第一延长件，第一延长件的第一端用于实现与第一延长件的第二端或上夹持件的可拆卸连接，第一延长件的第二端用于实现与第一延长件的第一端或下夹持件的可拆卸连接。

进一步地，所述上夹持件包括第一左半体、第一右半体和至少一个第二延长件，第二延长件的第一端用于实现与第二延长件的第二端或第一左半体的可拆卸连接，第二延长件的第二端用于实现与第二延长件的第一端或第一右半体的可拆卸连接；

所述下夹持件包括第二左半体、第二右半体和至少一个第三延长件，第三延长件的第一端用于实现与第三延长件的第二端或第二左半体的可拆卸连接，第三延长件的第二端用于实现与第三延长件的第一端或第二右半体的可拆卸连接。

本申请第三方面提供了一种太赫兹电路的电路系统，包括太赫兹电路，所述太赫兹电路至少部分电路设置在上述构造元件的波导电路腔中，和/或上述构造系统的波导电路腔中。

本发明相对于现有技术至少具有如下技术效果：

本发明让不同类型的太赫兹电路单元分别采用相同形状结构的模块化金属体进行封装，同时将输入波导和输出波导的截面尺寸设置相同，让不同模块化金属体之间信号能够稳定传输，进而可以自由选择承载所需电路单元的模块化金属体进行组装，构成相应的太赫兹波导电路，提高太赫兹电路研究使用的便捷性，在需要对太赫兹波导电路进行改进时，针对改进中需替换的太赫兹电路单元，直接选择承载改进后太赫兹电路单元的模块化金属体对原有的模块化金属体进行替换，就能够快速组装成新的太赫兹波导电路，保留对原有波导电路的无需替换的电路单元，同时，替换后的模块化金属体还能够继续去构成其他的太赫兹波导电路，有效提高太赫兹波导结构的利用率和使用灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1中构造元件的结构示意图；

图2是第一种I型结构构造元件的剖视图；

图3是第二种I型结构构造元件的剖视图；

图4是II型结构构造元件的剖视图；

图5是第一种III型结构构造元件的剖视图；

图6是第二种III型结构构造元件的剖视图；

图7是六个有效构造元件组合的太赫兹电路在2*3构造系统中的构造元件组合示意图；

图8是五个有效构造元件组合的太赫兹电路在2*3构造系统中的构造元件组合示意图；

图9是2*3构造系统的结构示意图；

图10是2*4构造系统的结构示意图；

图11是3*3构造系统的结构示意图；

图中，

10、金属体；110、输入波导；120、波导电路腔；130、输出波导；140、X轴定位孔；150、Y轴定位孔；160、Z轴定位孔；211、第一左半体；212、第一右半体；221、第二左半体；222、第二右半体；230、第一延长件；240、第二延长件；250、第三延长件。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1：

本申请实施例提供了一种太赫兹电路的构造元件，如图1~6所示，所述构造元件为棱柱结构的金属体10，所述金属体10内沿信号传输方向依次设置有输入波导110、波导电路腔120和输出波导130，所述输入波导110和输出波导130的截面尺寸相同，输入波导110和输出波导130分别与金属体10的底面垂直或平行，所述波导电路腔120用于设置太赫兹电路单元。

在研究设计太赫兹电路时，一般预先设计出电路连接方式，然后依据设计好的电路连接方式进行适应性波导电路加工，待波导电路加工完成后进行固定永久式封装，进而使得一个波导电路只能适配一个电路连接方式进行使用或研究，而在研究使用过程中需对波导电路进行二次改进时，必须对波导电路中大量的波导结构进行替换，受连接和封装方式影响，替换过程费时费力（例如，电路中包括倍频器对应波导结构和滤波器对应波导结构，二者相邻连接，在需替换电路中的倍频器时，但在后连接的滤波器受连接方式和信号传输通道结构、位置的限制，就需要同步将滤波器对应的波导结构进行适应性替换），因而现有技术都会根据改进后的电路，采用重新加工制造新的波导电路来对二次改进方案进行研究使用，但这就会导致原有波导电路资源浪费；同时，对于替换下来的波导结构，由于单个波导结构是针对特定的电路连接方式进行适应性加工，受连接方式等因素限制，原有单个波导结构很难再次得到有效利用；而本实施例通过将太赫兹电路单元设置在波导电路腔120内，把一个或两个太赫兹电路单元封装在一个模块化金属体10内，让不同类型的太赫兹电路单元分别采用相同形状结构的模块化金属体10进行封装，而对于相同形状结构的模块化金属体10，可以采用同一种连接方式进行连接，同时通过将输入波导110和输出波导130的截面尺寸设置相同，让不同模块化金属体10之间信号能够在同一连接方式下稳定传输，进而对于一个太赫兹电路，就可以自由选择承载所需电路单元的模块化金属体10进行组装，构成相应的太赫兹波导电路，提高太赫兹电路研究、使用的便捷性，在需要对太赫兹波导电路进行改进时，针对在改进中需替换的太赫兹电路单元，直接选择承载改进后太赫兹电路单元的模块化金属体10对原有的模块化金属体10进行替换，就能够快速组装成新的太赫兹波导电路，保留对原有波导电路的无需替换的电路单元，同时，替换后的模块化金属体10还能够继续被应用于构造系统中，去构成其他的太赫兹波导电路进行研究或使用，有效提高太赫兹波导结构的利用率和使用灵活性。

具体地，所述金属体10包括I型结构、II型结构和III型结构，在I型结构中，如图2和3所示，输入波导110的端口、输出波导130的端口设置在同一棱柱面上；在II型结构中，如图4所示，输入波导110对应的棱柱面与输出波导130对应的棱柱面相邻设置；在III型结构中，如图5和6所示，输入波导110对应的棱柱面与输出波导130对应的棱柱面相对设置。

在组合太赫兹波导电路的过程中，通过I型结构的构造元件可以实现信号传输的180°转角，通过II型结构的构造元件可以实现信号传输的90°转角，通过III型结构的构造元件可以实现信号传输的直线传输，通过合理选择组合I型结构、II型结构和III型结构的构造元件，就能够实现太赫兹波导电路的二维，甚至三维堆叠排布，有效减小太赫兹波导电路的体积，实现太赫兹波导电路的集成设置。

具体地，所述金属体10上设置有定位孔，所述定位孔用于与定位件配合实现金属体10之间的可拆卸连接。在两个构造元件进行连接时，沿信号传输方向，让在前构造元件的输出波导130与在后构造元件的输入波导110连接，然后利用定位件与定位孔配合，实现两个构造元件的连接，同理，通过定位孔和定位件配合对多个构造元件依次连接，实现太赫兹波导电路的组合连接。

具体地，所述定位孔贯穿金属体。在多个构造元件呈一字型排布时，在输入波导110和输出波导130保持稳定连接的基础上，可以通过定位件依次穿过定位孔，将多个构造元件串联固定。

在一些实施例中，对于构造元件上的定位孔，包括沿X轴方向贯穿金属体10的X轴定位孔，沿Y轴方向贯穿金属体10的Y轴定位孔，以及沿Z轴方向贯穿金属体10的Z轴金属孔，X轴定位孔、Y轴定位孔和Z轴金属孔之间相互错位，且X轴定位孔、Y轴定位孔和Z轴金属孔均不干扰或破坏输入波导110、波导电路腔120和输出波导130；利用X轴定位孔，可以实现构造元件在X轴方向的组合堆叠，利用Y轴定位孔可以实现构造元件在Y轴方向的组合堆叠，利用Z轴定位孔可以实现构造元件在Z轴方向的组合堆叠，通过I型结构、II型结构和III型结构的搭配，可以实现任意的太赫兹波导电路的二维和三维堆叠组合，有效提高构造元件的使用灵活性和太赫兹波导电路的构造便捷性。

需要说明的是，定位件和定位孔的配合可以采用现有的可拆卸连接方式，具体如，定位件可以采用现有的螺钉或螺栓，相应地定位孔为相匹配的螺纹孔，定位件也可以采用现有的螺杆和螺帽组合，定位孔可以采用定位件自由通道的光滑孔，在此不对定位件和定位孔进行具体限定。

在一些实施例中，为提高构造元件在组合构成太赫兹波导电路的便捷性，可以将定位件设置在金属体10上，具体地，相互匹配的定位件和定位孔，其中一者设置在金属体10的第一面上，另一者设置在金属体10的第二面上，第一面和第二面相对设置，且相互匹配的定位件和定位孔同轴设置，这样就可以通过定位件和定位孔的卡接或榫接配合，实现构造元件之间快速连接固定，并保证信号的稳定传输。

具体地，所述金属体10为直棱柱结构，金属体10的底面为长方形。通过将金属体10设置在底面为长方形的直棱柱结构，方便构造元件快速堆叠组合，同时保证堆叠组合过程中输入波导110与输出波导130之间快速对接连通，提高构造元件的使用便捷性和灵活性。

在一些实施例中，构造元件也可以采用底面为三角形、正方形、五边形、菱形、正六边形等多边形的直棱柱结构的金属体10，或是采用底面为三角形、正方形、五边形、菱形、正六边形等多边形的斜棱柱结构的金属体10。

实施例2：

本申请实施例提供了一种太赫兹电路的构造系统，包括夹具和N个实施例1中的构造元件，所述构造元件呈阵列排布，沿信号传输方向，相邻的两个构造元件中，在前构造元件的输出波导130与在后构造元件的输入波导110同轴设置，所述夹具用于对阵列排布的构造元件进行夹持固定，所述N为不小于2的正整数。

具体地，所述夹具包括上夹持件和下夹持件，所述上夹持件与下夹持件可拆卸连接。上夹持件和下夹持件之间的夹持空间，与组合堆叠的构造元件向适配，利用夹具进一步保证构造元件之间的稳定连接。

在一些实施例中，如图9所示，所述构造元件可以呈2*3排布，相应地，上夹持件和下夹持件之间也是2*3个构造元件的夹持空间，具体地，上夹持件和下夹持件的横向夹持宽度均为2个构造元件的宽度，上夹持件和下夹持件的纵向夹持高度均为1.5个构造元件的高度，对于底面为长方形、直棱柱结构的构造元件，夹持空间的截面相应地为长方形；在应用到太赫兹波导电路时，就可以完成六个构造元件的组合，示例行的，对于需要六个承载不同太赫兹电路单元的构造元件来组合的太赫兹波导电路，如图7所示，沿信号传输方向，1号位可以选择II型结构的构造元件，对应的输入波导在安装时与夹具错位，2号位可以选择III型结构的构造元件，3、4号位均可以选择II型结构的构造元件，5号位可以选择III型结构的构造元件，6号位可以选择II型结构的构造元件，对应的输出波导在安装时与夹具错位，保证输出波导的信号输出，就可以组合构造成相应的太赫兹波导电路；又一示例行的，对于需要五个承载不同太赫兹电路单元的构造元件来组合的太赫兹波导电路，如图8所示，沿信号传输方向，1号位可以选择II型结构的构造元件，对应的输入波导在安装时与夹具错位，2号位可以选择III型结构的构造元件，3、4号位均可以选择II型结构的构造元件，5号位可以选择III型结构的构造元件，对应的输出波导在安装时与夹具错位，保证输出波导的信号输出，6号位可以任意选择，就可以组合构造成相应的太赫兹波导电路。

在一些实施例中，在需要扩展的构造系统纵向容纳构造元件的数量时，通过在夹具增设两个第一延长件230，如图10所示，第一延长件230的夹持高度与构造元件的高度相同，让第一延长件230对称分布在构造元件的两侧，第一延长件230两端分别与上夹持件、下夹持件的可拆卸连接，就将夹持空间为2*3构造元件的构造系统扩展为夹持空间2*4构造元件的构造系统，让其适用于电路结构更复杂的太赫兹波导电路；此外，还需进一步拓展构造系统时，相应地再增加一对第一延长件230，就能够将夹持空间2*4构造元件的构造系统扩展为夹持空间2*5构造元件的构造系统，同理，可以通过继续增加第一延长件以拓展构造系统在纵向容纳构造元件的数量。

具体地，所述上夹持件包括第一左半体211和第一右半体212，下夹持件包括第二左半体221和第二右半体222。

在一些实施例中，在需要扩展构造系统在横向可容纳构造元件的数量时，在第一左半体211和第一右半体212之间增设一个第二延长件240，让第二延长件240两端分别与第一左半体211、第一右半体212连接，相应地在第二左半体221和第二右半体222增设一个第三延长件250，让第三延长件250两端分别与第二左半体221、第二右半体222连接，第二延长件240和第三延长件250的宽度与构造元件的宽度相同，就可以将夹持空间2*3构造元件的构造系统扩展为夹持空间3*3构造元件的构造系统，如图11所示；在还需要进一步拓展构造系统时，相应地在第一左半体211和第一右半体212之间增设一个第二延长件240，同步在第二左半体221和第二右半体222之间增设一个第三延长件250，就可以进一步地扩展为夹持空间4*3构造元件的构造系统；另外，通过同时增设第一延长件230、第二延长件240和第三延长件250，就可以实现拓展构造系统在纵向和横向两个方向夹持空间的拓展。

需要说明的是，第一左半体211、第二延长件240和第一右半体212之间，第二左半体221、第三延长件250和第二右半体222之间，第二延长件240和第二延长件240之间，第三延长件250和第三延长件250之间，以及上夹持件、第一延长件230和下夹持件之间，可以采用现有的卡接或榫接结构，在此不进行具体限定。

实施例3：

本申请实施例提供了一种太赫兹电路的电路系统，包括太赫兹电路，所述太赫兹电路至少部分电路设置在实施例1中构造元件的波导电路腔中，和/或实施例2中构造系统的波导电路腔中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太赫兹电路的构造系统，其特征在于，包括夹具和N个构造元件，所述构造元件为棱柱结构的金属体，所述金属体内沿信号传输方向依次设置有输入波导、波导电路腔和输出波导，所述输入波导和输出波导的截面尺寸相同，输入波导和输出波导分别与金属体的底面垂直或平行，所述波导电路腔用于设置太赫兹电路单元，所述构造元件呈阵列排布，沿信号传输方向，相邻的两个构造元件中，在前构造元件的输出波导与在后构造元件的输入波导同轴设置，所述夹具用于对阵列排布的构造元件进行夹持固定，所述N为不小于2的正整数。

2.如权利要求1所述的构造系统，其特征在于，所述金属体包括I型结构、II型结构和III型结构，在I型结构中，输入波导的端口、输出波导的端口设置在同一棱柱面上，在II型结构中，输入波导对应的棱柱面与输出波导对应的棱柱面相邻设置，在III型结构中，输入波导对应的棱柱面与输出波导对应的棱柱面相对设置。

3.如权利要求1所述的构造系统，其特征在于，所述金属体上设置有定位孔，所述定位孔用于与定位件配合实现金属体之间的可拆卸连接。

4.如权利要求3所述的构造系统，其特征在于，所述定位孔贯穿金属体。

5.如权利要求1所述的构造系统，其特征在于，所述金属体为直棱柱结构，金属体的底面为长方形。

6.如权利要求1~5任意一项所述的构造系统，其特征在于，所述夹具包括上夹持件和下夹持件，所述上夹持件与下夹持件可拆卸连接。

7.如权利要求6所述的构造系统，其特征在于，所述夹具还包括至少一个第一延长件，第一延长件的第一端用于实现与第一延长件的第二端或上夹持件的可拆卸连接，第一延长件的第二端用于实现与第一延长件的第一端或下夹持件的可拆卸连接。

8.如权利要求7所述的构造系统，其特征在于，所述上夹持件包括第一左半体、第一右半体和至少一个第二延长件，第二延长件的第一端用于实现与第二延长件的第二端或第一左半体的可拆卸连接，第二延长件的第二端用于实现与第二延长件的第一端或第一右半体的可拆卸连接；

所述下夹持件包括第二左半体、第二右半体和至少一个第三延长件，第三延长件的第一端用于实现与第三延长件的第二端或第二左半体的可拆卸连接，第三延长件的第二端用于实现与第三延长件的第一端或第二右半体的可拆卸连接。

9.一种太赫兹电路的电路系统，其特征在于，包括太赫兹电路，所述太赫兹电路至少部分电路设置在权利要求1~8任意一项所述构造系统的波导电路腔中。

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