CN205081203U - 太赫兹频段圆柱介质管导波结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的一种太赫兹频段圆柱介质管导波结构，旨在提供一种结构简单，易加工，能够实现超强能量聚集特性，并能改善太赫兹成像质量和增强信号发射功率的导波结构。本实用新型通过下述方案予以实现：空芯介质管(1)内设有空气层(2)和同轴穿过空气层(2)同心圆的金属线导波结构(3)，外部射频信号通过空芯介质管(1)和金属线导波结构(3)之间的空气层(2)，实现太赫兹射频信号传输。本实用新型解决了现有技术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。

Description

太赫兹频段圆柱介质管导波结构

技术领域

本实用新型涉及一种能够广泛应用于太赫兹成像和信号发射的导波结构。

背景技术

频率0.1～10.0THz范围内的电磁波被称为太赫兹波。介于毫米波频段与红外线频段之间太赫兹频段电磁波频段属于远红外波段,具有波长短、方向性好、光子能量低、高穿透性等独特性质，太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查，以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。由于THz波所处的特殊位置，它有很多优越的特性和非常重要的学术研究和应用价值，使得世界各国都给予极大的关注,因此太赫兹技术逐渐成为国际研究的热点。它在物理、化学、天文学、生命科学和医学等基础研究领域，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。传输线的研究对于太赫兹(THz)技术的发展非常重要，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。太赫兹波表现出一系列不同于其它电磁辐射的特殊性质:穿透能力强、光子能量低、可得到高分辨率的清晰图像、可进行时间分辨的光谱测量等。但有太赫兹辐射源在输出频率可调性及输出功率方面存在的局限性和太赫兹物体成像以及高功率发射需要在射频输出端具有很强的能量耦合的问题，由于水汽对THz波的强烈吸收，研究适用于不同应用需求的太赫兹波导成为急需，然而当前缺乏合适的导波材料和结构是制约太赫兹技术发展的重要原因。现有技术太赫兹辐射源在输出功率方面还存在局限性和当前太赫兹物体成像以及高功率发射需要在射频输出端具有很强的能量耦合的问题。目前现有技术采用的共面波导、平板波导、介质光纤等导波结构，介质管和金属线波导的结构形式较为复杂，存在加工比较困难的问题。

对于太赫兹导波结构来说，最重要的特性就是：低色散、低损耗以及强能量聚集。当进行长距离电磁信号传输时，波导应具有低色散特性，但对于近距离传输时，低损耗以及强能量聚集特性就显得更为重要。许多研究成果表明，太赫兹能量在许多介质材料中会被大量的吸收，这就给太赫兹导波结构实现低损耗传输以及强能量聚集特性带来了一定的困难。为了减小传输损耗，将电磁波约束在波导内部空气区域中进行传输是一种行之有效的方法，而介质管导波结构可以很好的将电磁场约束在波导内部区域进行传输，从而有效地降低传输损耗及增强场约束能力。

在太赫兹频段，物体成像以及高功率发射通常需要在输出端具有很强的能量耦合特性，为了增强能量聚集特性，本实用新型对介质管导波结构进行改进，提出了一种太赫兹频段新型圆柱介质管导波结构。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有太赫兹辐射源在输出功率方面的局限性和当前太赫兹物体成像以及高功率发射需要在射频输出端具有很强的能量耦合的问题，提供一种结构简单，易于加工实现，工作频带宽的的圆柱介质管导波结构。

本实用新型的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种太赫兹频段圆柱介质管导波结构，具有一个空芯介质管(1)，其特征在于：空芯介质管1内设有空气层2和同轴穿过空气层2同心圆的金属线导波结构3，外部射频信号通过空芯介质管1和金属线导波结构3之间的空气层2，实现太赫兹射频信号传输。

本实用新型具有如下有益效果：

结构简单，易于加工。本实用新型其中空气层可以用相对介电常数较低的介质材料进行填充，解决了现有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。因此本实用新型相对于现有技术共面波导、平板波导、介质光纤等导波结构，介质管和金属线波导的结构形式就具有结构更为简单，而且更易于加工实现的优势。

电磁能量耦合强度高。本实用新型将太赫兹信号的能量有效地耦合于内部空气层区域，降低了太赫兹信号在外部空间中的辐射损耗，在输出部位具有超强能量聚集特性，从而实现高效耦合，提高太赫兹信号的发射与接收的效率，这是现有的圆柱介质管导波结构很难实现的。相比于普通圆柱介质管导波结构，该太赫兹频段新型圆柱介质管导波结构在波导外部周围存在很少的辐射场，将大部分电磁能量聚集在波导内部，由于该导波结构传播的是表面波，电磁场能量在金属表面进行传播，电磁能量被外部介质层所束缚，因此能够在输出部位实现更强的能量耦合。

本实用新型在空芯介质管中增加一个金属线导波结构，利用外部介质管与内部金属线导波结构之间的空气层进行射频传输，减小外部辐射场，实现超强能量聚集特性。

本实用新型采用同轴穿过空气层(2)同心圆的金属线导波结构(3)构成的圆柱介质管导波结构，能够实现超强能量聚集特性，提高太赫兹信号的发射与接收的效率。

本实用新型特别适用于0.1THz～1THz太赫兹频段，太赫兹成像，并能有效增强信号发射功率、耦合强度可调的太赫兹频段的导波结构。

附图说明

图1是本实用新型所述太赫兹频段新型圆柱介质管导波结构的主视图。

图2是图1的左视图。

图中：1为空芯介质管波导，2为空气层，3为金属线导波结构。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，太赫兹频段新型圆柱介质管导波结构由空芯介质管(1)和金属线导波结构3，以及内部的空气层2组成，其中，空芯介质管1内设空气层2和金属线导波结构3，外部射频信号通过空芯介质管1和金属线导波结构3之间的空气层2，实现太赫兹射频信号传输。该太赫兹频段新型圆柱介质管导波结构在波导外部周围存在很少的辐射场，将大部分电磁能量聚集在波导内部空气层区域，由于该导波结构传播的是表面波，电磁场能量在金属表面进行传播，电磁能量被外部介质层所束缚，因此能够在输出部位实现更强的能量耦合。本实用新型能改善太赫兹成像质量和增强信号发射功率。

本实用新型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，选择合适的外层介质材料，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，从而确定各单元传输线参数。

Claims (2)

1.一种太赫兹频段圆柱介质管导波结构，具有一个空芯介质管(1)，其特征在于：空芯介质管(1)内设有空气层(2)和同轴穿过空气层(2)同心圆的金属线导波结构(3)，外部射频信号通过空芯介质管(1)和金属线导波结构(3)之间的空气层(2)，实现太赫兹射频信号传输。

2.如权利要求1所述的太赫兹频段圆柱介质管导波结构，其特征在于：空气层(2)用相对介电常数比外部空芯介质管介电常数低的介质材料进行填充。