本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光子晶體波導(dǎo)阻抗調(diào)配器，具體提供一種基于光子晶體波導(dǎo)的毫米波-太赫茲波阻抗調(diào)配器。

背景技術(shù)：

光子晶體是人工控制不同介電系數(shù)的材料按照周期排列組成的微型結(jié)構(gòu)，構(gòu)成材料的介電常數(shù)變化周期為波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)。光子晶體最顯著的特點(diǎn)就是對(duì)應(yīng)有光子帶隙，由此光子晶體應(yīng)用在波導(dǎo)、諧振腔、濾波器等器件上有很大的優(yōu)勢(shì)。

阻抗調(diào)配器是一個(gè)二端口器件，主要用于電磁波傳輸系統(tǒng)中，它的作用是在電磁波傳輸系統(tǒng)終端或者傳輸線的連接處出現(xiàn)阻抗不匹配時(shí)，保持輸入端反射很小。阻抗調(diào)配器的性能關(guān)系到微波系統(tǒng)的工作效率、功率容量與傳輸穩(wěn)定性，關(guān)系到微波測(cè)量系統(tǒng)中的誤差大小和測(cè)量精度高低，以及微波元器件的性能和壽命等一系列問(wèn)題。隨著無(wú)線通信相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，特別是5g通信技術(shù)，無(wú)線電波的應(yīng)用頻率已提高到毫米波-太赫茲波頻段，因此毫米波-太赫茲波頻段領(lǐng)域技術(shù)得到更加廣泛的推廣也面臨了更多的挑戰(zhàn)，研究新型的毫米波-太赫茲波的阻抗調(diào)配器也變得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光子晶體波導(dǎo)的毫米波-太赫茲波阻抗調(diào)配器，以實(shí)現(xiàn)毫米波-太赫茲波系統(tǒng)的傳輸匹配。為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于光子晶體波導(dǎo)的毫米波-太赫茲波阻抗調(diào)配器，由光子晶體波導(dǎo)和調(diào)節(jié)金屬柱組成，所述光子晶體波導(dǎo)由兩塊金屬板及固定連接于兩塊金屬板之間的若干個(gè)固定金屬柱構(gòu)成，所述光子晶體波導(dǎo)沿中線預(yù)留缺陷結(jié)構(gòu)，所述固定金屬柱對(duì)稱(chēng)分布于缺陷結(jié)構(gòu)兩側(cè)，所述金屬板沿缺陷結(jié)構(gòu)兩側(cè)還對(duì)稱(chēng)設(shè)置有若干個(gè)通孔，所述調(diào)節(jié)金屬柱通過(guò)通孔貫通于管子晶體波導(dǎo)內(nèi)、與金屬板形成活動(dòng)連接，同時(shí)，調(diào)節(jié)金屬柱與固定金屬柱共同形成陣列分布。

進(jìn)一步的，所述缺陷結(jié)構(gòu)的寬度大于兩塊金屬板之間的間距。

所述金屬柱(包括固定金屬柱與調(diào)節(jié)金屬柱)間距為a，a<1/2λ、λ為波導(dǎo)波長(zhǎng)；所述金屬柱采用圓柱、正六棱柱或立方柱；采用圓柱時(shí)，其半徑為0.2a～0.4a；采用六棱柱時(shí)，其對(duì)角線長(zhǎng)為0.4a～0.8a；采用立方柱時(shí)，其邊長(zhǎng)為0.4a～0.8a。

所述調(diào)節(jié)金屬柱與固定金屬柱沿缺陷結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別構(gòu)成m行、n列的陣列，m為≥2的自然數(shù)，n為≥3的自然數(shù)。

所述調(diào)節(jié)金屬柱采用設(shè)置有限位凸起的柱狀結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步的，所述阻抗調(diào)配器中，調(diào)節(jié)金屬柱通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)插入或拔出光子晶體波導(dǎo)中，通過(guò)調(diào)節(jié)插入或拔出光子晶體波導(dǎo)中調(diào)節(jié)金屬柱的位置和數(shù)量，利用光子帶隙效應(yīng)改變光子晶體波導(dǎo)阻抗調(diào)配器的寬邊長(zhǎng)度，從而引入多個(gè)阻抗變換面，改變了波導(dǎo)的傳輸特性，即實(shí)現(xiàn)對(duì)波導(dǎo)的阻抗進(jìn)行調(diào)配。所述調(diào)節(jié)金屬柱的插拔規(guī)則滿足同一行優(yōu)先插拔更靠近缺陷結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)金屬柱。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供一種基于光子晶體波導(dǎo)的毫米波-太赫茲波阻抗調(diào)配器，通過(guò)調(diào)節(jié)金屬柱實(shí)現(xiàn)調(diào)配器中不同數(shù)量和排列方式的金屬柱，形成若干種阻抗匹配，還可將其制成表格，通過(guò)查表即對(duì)負(fù)載阻抗進(jìn)行匹配；并且，阻抗調(diào)配器中調(diào)節(jié)金屬柱數(shù)量越多，可以實(shí)現(xiàn)的調(diào)配范圍越大；本發(fā)明能夠利用光子晶體結(jié)構(gòu)在高頻電磁波中對(duì)負(fù)載阻抗進(jìn)行快速匹配，同時(shí)還具有成本低，適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例中采用金屬圓柱的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例中采用金屬圓柱的俯視圖。

圖3為實(shí)施例中采用金屬圓柱的二維結(jié)構(gòu)橫向剖面圖，其中a代表通帶，即主傳輸線；b代表固定金屬柱；c代表調(diào)節(jié)金屬柱。

圖4為實(shí)施例中調(diào)節(jié)金屬圓柱的二維結(jié)構(gòu)橫向剖面圖。

圖5為實(shí)施例中調(diào)節(jié)金屬圓柱的俯視圖。

圖6為實(shí)施例中采用正六棱柱的俯視圖。

圖7為實(shí)施例中采用立方柱的俯視圖。

圖8為實(shí)施例中拔出四根金屬圓柱的其中一種情形三維結(jié)構(gòu)圖。

圖9為實(shí)施例中在史密斯圓圖上顯示的一種調(diào)配范圍示例。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)施例提供一種基于光子晶體波導(dǎo)的毫米波-太赫茲波阻抗調(diào)配器，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示，其中，調(diào)節(jié)金屬柱與固定金屬柱均采用圓柱；在本實(shí)施例中，如圖8所示，選取bj900矩形波導(dǎo)(寬邊2.54mm，窄邊1.27mm)作為饋入結(jié)構(gòu)，選取工作頻率為95ghz；兩塊金屬板之間的間距為1.27mm，光子晶體波導(dǎo)兩邊的光子晶體結(jié)構(gòu)由金屬圓柱構(gòu)成，圓柱直徑1mm，間距1.5mm，兩邊光子晶體結(jié)構(gòu)的間距為2.54mm；調(diào)配器由兩側(cè)均為8根的調(diào)節(jié)金屬圓柱組成，分別構(gòu)成2*4的金屬柱陣列；金屬板與金屬柱材質(zhì)均為銅。

圖4為本實(shí)施例中可調(diào)節(jié)圓柱的二維結(jié)構(gòu)橫向剖面圖，圖5為本實(shí)施例中可調(diào)節(jié)圓柱的俯視圖；可調(diào)節(jié)圓柱b下端半徑為0.5mm，上端半徑為0.6mm。金屬柱垂直插入于光子晶體波導(dǎo)中，通過(guò)伸入或拉出可調(diào)節(jié)銅柱c，改變其插入光子晶體波導(dǎo)中的數(shù)量和排列方式，改變光子晶體波導(dǎo)的阻抗；將改變的若干種阻抗制成表格，通過(guò)查表即對(duì)負(fù)載阻抗進(jìn)行匹配。

圖8為本實(shí)施例中拔出4根金屬柱的其中一種情形的三維結(jié)構(gòu)圖；本實(shí)施例中，拔出2根金屬柱共有120種阻抗組合，拔出3根金屬柱共有560種阻抗組合，拔出3根金屬柱共有1820種阻抗組合，隨著拔出的金屬柱數(shù)量的增加，阻抗組合的數(shù)量也將增加；與此同時(shí)，調(diào)配器中的可插拔的金屬柱數(shù)量越多，阻抗調(diào)配范圍越大。

圖9為本實(shí)施例中在95ghz頻率下改變1～4根可調(diào)節(jié)銅柱在史密斯圓圖上表示的阻抗調(diào)配范圍。

其他實(shí)施例中，如圖6、圖7所示，所述金屬柱還可采用正六棱柱或立方柱。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類(lèi)似目的的替代特征加以替換；所公開(kāi)的所有特征、或所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，提供一種基于光子晶體波導(dǎo)的毫米波?太赫茲波阻抗調(diào)配器，用以實(shí)現(xiàn)毫米波?太赫茲波系統(tǒng)的傳輸匹配。本發(fā)明阻抗調(diào)配器由光子晶體波導(dǎo)和調(diào)節(jié)金屬柱組成，光子晶體波導(dǎo)由兩塊金屬板及固定連接于兩塊金屬板之間的若干個(gè)固定金屬柱構(gòu)成，光子晶體波導(dǎo)沿中線預(yù)留缺陷結(jié)構(gòu)，固定金屬柱對(duì)稱(chēng)分布于缺陷結(jié)構(gòu)兩側(cè)，金屬板沿缺陷結(jié)構(gòu)兩側(cè)還對(duì)稱(chēng)設(shè)置有若干個(gè)通孔，調(diào)節(jié)金屬柱通過(guò)通孔貫通于管子晶體波導(dǎo)內(nèi)、與金屬板形成活動(dòng)連接，同時(shí)，調(diào)節(jié)金屬柱與固定金屬柱共同形成陣列分布。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)金屬柱實(shí)現(xiàn)調(diào)配器中不同數(shù)量和排列方式的金屬柱，形成若干種阻抗匹配，同時(shí)還具有成本低，適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧杰文;傅文杰;張少輝;鄢揚(yáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.11
技術(shù)公布日：2017.10.10