CN209515960U - 基于电磁波波粒二象性的波导负载 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于电磁波波粒二象性的波导负载，涉及波导技术领域。所述波导负载包括标准波导，所述标准波导内部设置有楔形吸波材料，所述楔形吸波材料的最外侧设置有金刚石基板，所述金刚石基板的最外侧设置有多层石墨烯膜，所述金刚石基板的纵向面积与所述波导的纵向面积一致，所述金刚石基板作为多层石墨烯膜的支撑结构，用于给后续的多层石墨烯提供结构支撑。所述波导负载首次提出采用电磁波的光量子特性来制作；采用散热系数大的金刚石和石墨烯在尾端用于吸收入射电磁波的能量，使所述波导负载能够支持大功率输入。
Description
技术领域
本实用新型涉及波导技术领域，尤其涉及一种基于电磁波波粒二象性的波导负载。
背景技术
波导负载也指波导匹配负载，是吸收全部入射波功率的终端器，因此，它相当于接在终端的特性阻抗线。在微波、毫米波及太赫兹波段，常用波导来传输电磁波的能量，因此在测试以及电磁屏蔽要求下，需要相应的波导负载来吸收多余的入射能量。相对于衰减器的部分吸收能量，波导负载是吸收全部能量，而且频带足够宽，使沿波导传输的功率全部被吸收而不反射，除此之外，匹配负载也常用作假天线以消除空间辐射而不至干扰其他电子设备。
常见的波导负载是嵌入波导管中的有耗材料做成的一块尖劈或板，因为材料是有耗的，所以入射波功率被它吸收了，同时，由于电磁场是逐渐地进入有耗材料做成的尖劈中，所以避免了反射，这种终端器可以认为是一段有耗渐变传输线。通常为一个或一个以上波长的有耗渐变线做成的匹配负载，就足以使它的输入驻波系数达到1．01以下。
匹配负载的要求1）驻波比小；2）工作频带宽；3）功率容量大（耐热）；4）不易击穿；5）不容易泄漏高频能量；6）耐震动；7）性能稳定，不会因为升温，潮湿或者衰老而改变性能。
目前国内外的波导负载主要是利用电磁场的波动特性，利用有耗材料来实现其吸收功能，尚未见到利用电磁场的粒子特性来进行制作波导负载的报道。按照量子力学的理论，任何电磁场的振荡频率只要确定，则其光量子能量E=hʋ，其中E为光量子能量，h为普朗克常量，ʋ为频率。根据量子力学和爱因斯坦提出的光电效应以及激光动力方程理论，如果光量子能量E大于半导体带间间隙，则会使得价带的电子获得E的能量进入高能级，进入高能级后，该电子可以以非辐射跃迁的形式将吸收的能量以热的形式进行释放。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种能够支持大功率输入的基于电磁波波粒二象性的波导负载。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种基于电磁波波粒二象性的波导负载，其特征在于：包括标准波导，所述标准波导内部设置有楔形吸波材料，所述楔形吸波材料的最外侧设置有金刚石基板，所述金刚石基板的最外侧设置有多层石墨烯膜，所述金刚石基板的纵向面积与所述波导的纵向面积一致，所述金刚石基板作为多层石墨烯膜的支撑结构，用于给后续的多层石墨烯提供结构支撑。
进一步的技术方案在于：所述楔形吸波材料的长度大于标准波导对应的电磁波的波长。
进一步的技术方案在于：所述金刚石基板的厚度为200微米。
进一步的技术方案在于：所述标准波导为WR10波导。
进一步的技术方案在于：波导负载还包括信号输入端和位于波导负载外侧的散热翅。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述波导负载首先根据所需要的工作频率选择相应的标准波导，在标准波导内放置常用的楔形吸波材料，其长度需要大于1个波长。在楔形吸波材料的最外端放置金刚石基板和多层石墨烯膜。前端利用电磁波的波动特性，吸收电磁波的能量，金刚石基板上的石墨烯膜利用电磁波等效光量子的粒子特性，来对电磁波的能量进行吸收。由于石墨烯导带和价带之间的零带隙特性，使得其可以吸收微波、毫米波和太赫兹波段任意波段的能量。石墨烯为二维材料结构，其表面积大，易于散热。可以根据需要吸收的功率大小，通过增加石墨烯层的厚度就可以完全吸收。由于单层石墨烯膜仅有一层原子层厚度，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯，可以用于制作高功率的波导负载。所述波导负载首次提出采用电磁波的光量子特性来制作；采用散热系数大的金刚石和石墨烯在尾端用于吸收入射电磁波的能量，使所述波导负载能够支持大功率输入。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型实施例所述波导负载的横向剖视结构示意图；
图2是本实用新型实施例中75-110GHz波导负载（具有散热翅）的示意图；
图3是本实用新型实施例中75-110GHz波导负载驻波测试结果图。
其中：1、标准波导；2、楔形吸波材料；3、金刚石基板；4、多层石墨烯膜。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本实用新型实施例公开了一种基于电磁波波粒二象性的波导负载，包括标准波导1，所述标准波导1内部设置有楔形吸波材料2，所述楔形吸波材料2的最外侧设置有金刚石基板3，所述金刚石基板3的最外侧设置有多层石墨烯膜4，所述金刚石基板3的纵向面积与所述波导的纵向面积一致，所述金刚石基板3作为多层石墨烯膜4的支撑结构，用于给后续的多层石墨烯提供结构支撑。
当制作本实用新型所述波导负载时，首先根据所需要的工作频率选择相应的标准波导1，在标准波导1内放置常用的楔形吸波材料2，其长度需要大于1个波长（标准波导所对应的电磁波的波长）。在吸波材料的最外端放置金刚石基板和多层石墨烯膜。前端利用电磁波的波动特性，吸收电磁波的能量，金刚石基板上的石墨烯膜，利用电磁波等效光量子的粒子特性，来对电磁波的能量进行吸收。由于石墨烯导带和价带之间的零带隙特性，使得其可以吸收微波、毫米波和太赫兹波段任意波段的能量。石墨烯为二维材料结构，其表面积大，易于散热。可以根据需要吸收的功率大小，通过增加石墨烯膜的厚度就可以完全吸收。由于单层石墨烯膜仅有一层原子层厚度，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯，可以用于制作高功率的波导负载。
进一步的，金刚石基板厚度可以为200微米，其纵向面积与波导的纵向面积一致，长宽和波导的长宽保持一致，金刚石基板作为石墨烯膜的支撑结构，用于给后续的多层石墨烯膜提供结构支撑。石墨烯膜采用单层石墨烯膜，可采用化学气相沉积的石墨烯膜，该方法已经在工业界用于大批量生产石墨烯。
电磁波入射进波导负载后，通过楔形吸波材料将被吸收一部分能量，未被吸收的能量进入金刚石和石墨烯组成的吸收材料中。该部分的吸波特性利用入射电磁波的光量子特性。由于单层石墨烯其能带带隙为零，任何进入的电磁波可引起电子吸收光量子能量，从能带较低的能级跃迁至能带较高的能级，通过石墨烯内的电子散热和非辐射弛豫，其吸收的能量将以热的形式进行散发，这样就完成了将电磁波能量转换为热的转换过程。
例如工作于75-110GHz的大功率波导负载，如图2所示，其输入波导采用WR10波导，可以承受200W连续波功率和50KW的峰值功率，其驻波测试结果如附图3所示。
综上，所述波导负载首次提出采用电磁波的光量子特性来制作；采用散热系数大的金刚石和石墨烯在尾端用于吸收入射电磁波的能量，使所述波导负载能够支持大功率输入。
Claims (5)
1.一种基于电磁波波粒二象性的波导负载，其特征在于：包括标准波导（1），所述标准波导（1）内部设置有楔形吸波材料（2），所述楔形吸波材料（2）的最外侧设置有金刚石基板（3），所述金刚石基板（3）的最外侧设置有多层石墨烯膜（4），所述金刚石基板（3）的纵向面积与所述波导的纵向面积一致，所述金刚石基板（3）作为多层石墨烯膜（4）的支撑结构，用于给后续的多层石墨烯提供结构支撑。
2.如权利要求1所述的基于电磁波波粒二象性的波导负载，其特征在于：所述楔形吸波材料（2）的长度大于标准波导（1）对应的电磁波的波长。
3.如权利要求1所述的基于电磁波波粒二象性的波导负载，其特征在于：所述金刚石基板（3）的厚度为200微米。
4.如权利要求1所述的基于电磁波波粒二象性的波导负载，其特征在于：所述标准波导（1）为WR10波导。
5.如权利要求1所述的基于电磁波波粒二象性的波导负载，其特征在于：波导负载还包括信号输入端和位于波导负载外侧的散热翅。
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