太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種能夠廣泛應(yīng)用于太赫茲成像和信號(hào)發(fā)射的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]頻率0.1?10.0THz范圍內(nèi)的電磁波被稱為太赫茲波。介于毫米波頻段與紅外線頻段之間太赫茲頻段電磁波頻段屬于遠(yuǎn)紅外波段，具有波長(zhǎng)短、方向性好、光子能量低、高穿透性等獨(dú)特性質(zhì)，太赫茲系統(tǒng)在半導(dǎo)體材料、高溫超導(dǎo)材料的性質(zhì)研究、斷層成像技術(shù)、無(wú)標(biāo)記的基因檢查、細(xì)胞水平的成像、化學(xué)和生物的檢查，以及寬帶通信、微波定向等許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。由于THz波所處的特殊位置，它有很多優(yōu)越的特性和非常重要的學(xué)術(shù)研究和應(yīng)用價(jià)值，使得世界各國(guó)都給予極大的關(guān)注，因此太赫茲技術(shù)逐漸成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)。它在物理、化學(xué)、天文學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，太赫茲的應(yīng)用除了太赫茲信號(hào)源，還必須解決太赫茲信號(hào)的傳輸問題。傳輸線的研究對(duì)于太赫茲(THz)技術(shù)的發(fā)展非常重要，它可以有效地對(duì)太赫茲信號(hào)進(jìn)行傳輸，降低信號(hào)的傳輸損耗。太赫茲波表現(xiàn)出一系列不同于其它電磁輻射的特殊性質(zhì):穿透能力強(qiáng)、光子能量低、可得到高分辨率的清晰圖像、可進(jìn)行時(shí)間分辨的光譜測(cè)量等。但有太赫茲輻射源在輸出頻率可調(diào)性及輸出功率方面存在的局限性和太赫茲物體成像以及高功率發(fā)射需要在射頻輸出端具有很強(qiáng)的能量耦合的問題，由于水汽對(duì)THz波的強(qiáng)烈吸收，研究適用于不同應(yīng)用需求的太赫茲波導(dǎo)成為急需，然而當(dāng)前缺乏合適的導(dǎo)波材料和結(jié)構(gòu)是制約太赫茲技術(shù)發(fā)展的重要原因。
[0003]對(duì)于太赫茲導(dǎo)波結(jié)構(gòu)來(lái)說，最重要的特性就是:低色散、低損耗以及強(qiáng)能量聚集。當(dāng)進(jìn)行長(zhǎng)距離電磁信號(hào)傳輸時(shí)，波導(dǎo)應(yīng)具有低色散特性，但對(duì)于近距離傳輸時(shí)，低損耗以及強(qiáng)能量聚集特性就顯得更為重要。許多研究成果表明，太赫茲能量在許多介質(zhì)材料中會(huì)被大量的吸收，這就給太赫茲導(dǎo)波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸以及強(qiáng)能量聚集特性帶來(lái)了一定的困難。
[0004]為了減小平板介質(zhì)波導(dǎo)的損耗以及降低輻射場(chǎng)，由兩介質(zhì)板形成的介質(zhì)單縫隙導(dǎo)波結(jié)構(gòu)被提了出來(lái)。它可以很好的將電磁場(chǎng)限制在內(nèi)部空氣縫隙處，有效減小波導(dǎo)外部的輻射場(chǎng)。作為對(duì)介質(zhì)單縫隙導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，由三層介質(zhì)板構(gòu)成的介質(zhì)雙縫隙導(dǎo)波結(jié)構(gòu)被提了出來(lái)。相比于介質(zhì)單縫隙導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，介質(zhì)雙縫隙導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的場(chǎng)約束能力提高了近30%。盡管這兩種介質(zhì)縫隙導(dǎo)波結(jié)構(gòu)都能夠很好實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)的約束，但均存在一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)缺陷，那就是作為開放型導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，在波導(dǎo)縫隙的外部存在一定的輻射場(chǎng)，對(duì)外部環(huán)境存在一定的電磁干擾。
[0005]在太赫茲頻段，物體成像以及高功率發(fā)射通常需要在輸出端具有很強(qiáng)的能量耦合特性，為了增強(qiáng)能量聚集特性，同時(shí)改善傳輸特性以及減小波導(dǎo)的輻射場(chǎng)，利用不同折射率介質(zhì)板之間存在電磁波反射的特性，本實(shí)用新型對(duì)介質(zhì)縫隙導(dǎo)波結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種太赫茲頻段新型屏蔽介質(zhì)雙縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型目的是針對(duì)現(xiàn)有太赫茲輻射源在輸出功率方面的局限性和當(dāng)前太赫茲物體成像以及高功率發(fā)射需要在射頻輸出端具有很強(qiáng)的能量耦合的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工實(shí)現(xiàn)，耦合強(qiáng)度高，工作頻帶寬的太赫茲平面波導(dǎo)導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型的上述目的可以通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，一種太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，具有一個(gè)矩形金屬波導(dǎo)和矩形體介質(zhì)層，其特征在于:在矩形金屬波導(dǎo)1內(nèi)側(cè)上下底平面上設(shè)有通過介質(zhì)柵5)對(duì)稱支撐的介質(zhì)板2)，矩形體介質(zhì)層3)通過介質(zhì)柵5間隔的空氣層4位于矩形金屬波導(dǎo)1)的中部腔體中，外部太赫茲射頻信號(hào)通過矩形金屬波導(dǎo)1)內(nèi)置介質(zhì)板2、矩形體介質(zhì)層3，以及介質(zhì)柵5之間所形成的空氣層4實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)傳輸。
[0008]本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0009]結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工。本實(shí)用新型在矩形金屬波導(dǎo)1)內(nèi)側(cè)上下底平面上設(shè)有通過介質(zhì)柵5)對(duì)稱支撐的介質(zhì)板2)，矩形體介質(zhì)層3)通過介質(zhì)柵5)間隔的空氣層4)位于矩形金屬波導(dǎo)1)的中部腔體中，這種由標(biāo)準(zhǔn)矩形金屬波導(dǎo)作為輸入腔體框架，內(nèi)部的介質(zhì)層構(gòu)成射頻傳輸?shù)目諝馇弧６橘|(zhì)層本身的結(jié)構(gòu)形式特別適合與微帶進(jìn)行互連，這就解決了太赫茲信號(hào)的平面?zhèn)鬏攩栴}。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)共面波導(dǎo)、平板波導(dǎo)、介質(zhì)光纖等導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)矩形金屬波導(dǎo)和介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)形式就具有結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，而且更易于加工實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，從而解決了現(xiàn)有太赫茲導(dǎo)波結(jié)構(gòu)制造工藝要求高，實(shí)際應(yīng)用較困難，難于加工等問題。
[0010]電磁能量耦合強(qiáng)度高。本實(shí)用新型外部太赫茲射頻信號(hào)通過矩形金屬波導(dǎo)1內(nèi)置介質(zhì)板2、矩形體介質(zhì)層3，以及介質(zhì)柵5之間所形成的空氣層4實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)傳輸，將太赫茲信號(hào)的能量有效地耦合于內(nèi)部空氣層區(qū)域，降低了太赫茲信號(hào)在外部空間中的輻射損耗，在輸出部位具有超強(qiáng)能量聚集特性，實(shí)現(xiàn)高效耦合，可以與外部太赫茲平面電路或者天線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效耦合，提高太赫茲信號(hào)的發(fā)射與接收的效率。同時(shí)，可通過調(diào)節(jié)介質(zhì)層的介電常數(shù)、厚度，以及不同介質(zhì)層之間的距離，來(lái)方便地調(diào)諧耦合強(qiáng)度，這是現(xiàn)有的太赫茲導(dǎo)波結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)在矩形金屬波導(dǎo)內(nèi)部，利用介質(zhì)柵對(duì)多層具有不同介電常數(shù)的介質(zhì)板進(jìn)行加固，形成互連。而內(nèi)部所形成的空氣層對(duì)太赫茲射頻信號(hào)進(jìn)行射頻傳輸，可以減小外部輻射場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)能量聚集特性。具有良好的傳輸特性，能夠使多個(gè)太赫茲平面電路之間實(shí)現(xiàn)有效、低損的射頻信號(hào)傳輸，并實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)能量聚集特性，從而提高太赫茲信號(hào)的發(fā)射與接收的效率。
[0011]本實(shí)用新型能夠?qū)⑻掌澬盘?hào)的能量有效地耦合于內(nèi)部空氣層區(qū)域，獲得更強(qiáng)的能量聚集特性，降低太赫茲信號(hào)存在于外部空間的輻射損耗，可以與外部太赫茲平面電路或者天線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效耦合。
[0012]本實(shí)用新型具有良好的傳輸特性，并能實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)能量聚集特性的太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，特別適用于0.1THZ?0.5THZ太赫茲頻段的太赫茲成像，并能有效增強(qiáng)信號(hào)發(fā)射功率、耦合強(qiáng)度可調(diào)的太赫茲頻段的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的透視主視圖。
[0014]圖2是圖1的左視圖。
[0015]圖中:1矩形金屬波導(dǎo)，2介質(zhì)板，3矩形體介質(zhì)層，4空氣層，5介質(zhì)柵。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參閱圖1-圖2。在以下描述的實(shí)施例中，一種太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，具有一個(gè)矩形金屬波導(dǎo)和矩形體介質(zhì)層。在矩形金屬波導(dǎo)1內(nèi)側(cè)上下底平面上設(shè)有通過介質(zhì)柵5對(duì)稱支撐的介質(zhì)板2，矩形體介質(zhì)層3通過介質(zhì)柵5間隔的空氣層4位于矩形金屬波導(dǎo)1的中部腔體中，外部太赫茲射頻信號(hào)通過矩形金屬波導(dǎo)1內(nèi)置介質(zhì)板2、矩形體介質(zhì)層3，以及介質(zhì)柵5之間所形成的空氣層4實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)傳輸。
[0017]矩形體介質(zhì)層3的相對(duì)介電常數(shù)大于介質(zhì)板2的相對(duì)介電常數(shù)，這樣可以有效地將電磁能量聚集在波導(dǎo)內(nèi)部介質(zhì)層2的表面，減小金屬損耗。
[0018]介質(zhì)柵5—方面起著進(jìn)一步約束電磁能量的作用，另一方面可以在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)矩形框金屬波導(dǎo)內(nèi)部的上下層介質(zhì)板起著加固的作用。
[0019]該太赫茲頻段新型屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)導(dǎo)波結(jié)構(gòu)在波導(dǎo)外部周圍存在很少的輻射場(chǎng)，將大部分電磁能量聚集在波導(dǎo)內(nèi)部空氣層區(qū)域，電磁能量被中間具有較大相對(duì)介電常數(shù)的介質(zhì)層所束縛，降低了金屬損耗，因此能夠在輸出部位實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的能量耦合，同時(shí)具有良好的傳輸特性。本實(shí)用新型能改善太赫茲成像質(zhì)量和增強(qiáng)信號(hào)發(fā)射功率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)太赫茲頻段平面電路之間的有效互連。
[0020]新型屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)的傳輸主模與標(biāo)準(zhǔn)矩形框金屬波導(dǎo)相同，即可以與矩形波導(dǎo)相連，也可以與鰭線或微帶線互連。
[0021]通過調(diào)節(jié)介質(zhì)層的介電常數(shù)、厚度，以及不同介質(zhì)層之間的距離，來(lái)方便地調(diào)諧耦合強(qiáng)度和傳輸參數(shù)。
[0022]本實(shí)用新型具體實(shí)施可采用以下步驟:
[0023]首先根據(jù)太赫茲電路頻段要求，確定頻率通帶，選擇合適的介質(zhì)基片材料，利用微波電路計(jì)算機(jī)輔助軟件，建立圖1的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，設(shè)定所需的傳輸特性設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，從而確定各單元傳輸線參數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，具有一個(gè)矩形金屬波導(dǎo)和矩形體介質(zhì)層，其特征在于:在矩形金屬波導(dǎo)(1)內(nèi)側(cè)上下底平面上設(shè)有通過介質(zhì)柵(5)對(duì)稱支撐的介質(zhì)板(2)，矩形體介質(zhì)層(3)通過介質(zhì)柵(5)間隔的空氣層(4)位于矩形金屬波導(dǎo)(1)的中部腔體中，外部太赫茲射頻信號(hào)通過矩形金屬波導(dǎo)(1)內(nèi)置介質(zhì)板(2)、矩形體介質(zhì)層(3)，以及介質(zhì)柵(5)之間所形成的空氣層(4)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)傳輸。2.如權(quán)利要求1所述的太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，其特征在于:太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的傳輸主模與標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)相同。3.如權(quán)利要求1所述的太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，其特征在于:矩形體介質(zhì)層(3)的相對(duì)介電常數(shù)大于介質(zhì)板(2)的相對(duì)介電常數(shù)。
【專利摘要】本實(shí)用新型提出的一種太赫茲頻段屏蔽介質(zhì)縫隙波導(dǎo)加載介質(zhì)柵導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工，能夠?qū)崿F(xiàn)超強(qiáng)能量聚集特性，能改善太赫茲成像質(zhì)量和增強(qiáng)信號(hào)發(fā)射功率的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型通過下述方案予以實(shí)現(xiàn)：在矩形金屬波導(dǎo)(1)內(nèi)側(cè)上下底平面上設(shè)有通過介質(zhì)柵(5)對(duì)稱支撐的介質(zhì)板(2)，矩形體介質(zhì)層(3)通過介質(zhì)柵(5)間隔的空氣層(4)位于矩形金屬波導(dǎo)(1)的中部腔體中,外部太赫茲射頻信號(hào)通過矩形金屬波導(dǎo)(1)內(nèi)置介質(zhì)板(2)、矩形體介質(zhì)層(3)，以及介質(zhì)柵(5)之間所形成的空氣層(4)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)傳輸。本實(shí)用新型能夠?qū)⑻掌澬盘?hào)的能量有效地耦合于內(nèi)部空氣層區(qū)域，獲得更強(qiáng)的能量聚集特性。
【IPC分類】H01P3/12
【公開號(hào)】CN205081204
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520807770
【發(fā)明人】王志輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年10月18日