太赫茲頻段平面互連導波結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明是關于一種太赫茲新型平面互連導波結構，實現寬帶太赫茲信號傳輸的導波結構，特別適用于太赫茲頻段平面電路之間的有效互連。
【背景技術】
[0002]太赫茲波介于毫米波與紅外線之間，在長波段與毫米波重合，而在短波段與紅外線重合。具有與其它頻段的電磁波不同的性質，它在電磁波頻譜中占有很特殊的位置，是電磁頻譜中唯一尚未完全開發利用的頻段，是一個非常有科學價值的電磁波頻段。太赫茲波具有波長短、方向性好、光子能量低、高穿透性等獨特性質，因此太赫茲技術逐漸成為國際研究的熱點。它在物理、化學、天文學、生命科學和醫學等基礎研究領域，以及安全檢查、無損檢測、生物成像、環境監測、食品檢驗、環境監測、醫療診斷、雷達偵察、衛星通信和天文觀測等領域等應用研究領域均有著巨大的科學研究價值。表面波波導這類傳輸線既可用在波長較長時(如米波)，也可用在相當短的波長(如毫米波)，甚至，可能用到太赫波波段。表面波傳輸線橫向尺寸不大，因而有廣泛的實用價值。平板介質波導可以工作在波導的基模模上，在毫米波和太赫茲平面電路上起著非常重要的作用。相比于金屬平行板波導，平板介質波導能夠更有效地將電磁能量聚集在內部介質區域中進行傳輸，從而增強波導的能量聚集能力。
[0003]太赫茲的應用除了太赫茲信號源，還必須解決太赫茲信號的傳輸問題，這也包括太赫茲平面電路之間的互連。在太赫茲科學的發展過程中，太赫茲傳輸線的研究是最不可或缺的一部分，是太赫茲頻段開發和應用的基礎。它可以有效地對太赫茲信號進行傳輸，降低信號的傳輸損耗。然而當前缺乏合適的導波材料和結構是制約太赫茲技術發展的重要原因。
[0004]如何對電磁場進行約束以及進行有效傳輸是太赫茲導波結構研究的重要問題。目前人們已經提出了一些太赫茲導波結構。在這些結構當中，一些導波結構特別適合實現太赫茲平面電路實現有效互連，但當前太赫茲平面電路之間無法實現有效互連。
[0005]Goubau(G)線是由古鮑Goubau提出來的一種表面波導波結構。它是在柱形金屬線導波結構的基礎上，通過在金屬表面增加一層介質而構成的。通過對Goubau線進行變形，形成平面結構，金屬導線位于介質基片材料表面，構成平面Goubau線。
【發明內容】
[0006]本發明目的是針對當前太赫茲平面電路之間無法實現有效互連的問題，提供一種結構簡單，易于加工，耦合強度高，工作頻帶寬的太赫茲平面過渡導波結構。該導波結構能夠使多個太赫茲平面電路之間實現有效、低損的射頻信號傳輸，從而提高太赫茲信號的發射與接收的效率，特別是能夠適用于整個0.1THz?0.5THz太赫茲頻段。
[0007]本發明的上述目的可以通過以下技術方案予以實現，一種太赫茲頻段平面互連導波結構，包括平板介質導波結構1和平面Goubau線3，其特征在于:平板介質導波結構1以平板介質波導為端口作為射頻信號輸入，端口通過平面錐形漸變過渡結構2 —段錐形漸變過渡連接平面Goubau線，其中平板介質導波結構、平面錐形漸變過渡導波結構和平面Goubau線共用中間介質基片。即平板介質導波結構、平面錐形漸變過渡2錐形漸變過渡結構和平面Goubau線共用中間介質基片傳輸寬帶太赫茲信號，實現太赫茲頻段平面電路之間的有效互連。
[0008]本發明相比于現有技術具有如下有益效果:
結構簡單，易于加工。本發明以平板介質導波結構作為射頻信號輸入，通過一段錐形漸變過渡導波結構與平面Goubau線進行互連，從而輸出射頻信號。而當前太赫茲平面電路一般采用微帶結構，平面Goubau線本身的結構形式特別適合與微帶進行互連，這就解決了太赫茲信號的傳輸問題。相對于當前所提出共面波導、平板波導、介質光纖等太赫茲導波結構，平板介質導波結構和平面Goubau線的結構形式就具有非常明顯的優勢，它們的結構更為簡單，而且相比之下尺寸更大，這樣就更易于加工實現，從而解決了現有單一結構形式的太赫茲導波結構制造工藝要求高，實際應用較困難，難于加工等問題。
[0009]耦合強度高。本發明在平板介質導波結構、平面錐形漸變過渡結構和平面Goubau線的中間采用共用介質基片實現寬帶太赫茲信號傳輸，通過一段平面和錐形漸變過渡結構連接平面Goubau線輸出射頻信號，能夠將太赫茲信號的能量有效地耦合于內部介質層，獲得更強的能量聚集特性，降低了太赫茲信號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構實現高效耦合，提高太赫茲信號的發射與接收的效率。同時，可通過調節平板介質導波結構、錐形漸變過渡結構以及平面Goubau線三者的相對位置以及介質層的厚度，來方便地調諧耦合強度，這是現有的太赫茲導波結構很難實現的。試驗結果也表明端口通過一段平面和錐形漸變過渡結構連接平面Goubau線能夠在太赫茲頻段實現超強能量聚集特性。同時該導波結構在低溫下具有很好的傳輸特性。
[0010]由于Goubau線在太赫茲低頻段(0.1_0.5THz)能實現低損耗傳輸，傳輸損耗為
0.1-2.lm1。平面Goubau線導波結構將Goubau線由柱形變成矩形結構。當太赫茲波通過平面Goubau線導波結構進行傳輸時，具有低損耗、寬頻段和結構簡單等特點。如果將金屬導帶移至介質層表面，形成了變形平面Goubau線導波結構(Modified planar Goubau line，簡稱MPGL)，這種導波結構具有更低的太赫茲損耗。這種平面Goubau線與平板介質導波結構進行互連，具有高效率和寬頻帶的特性。
[0011]本發明特別適用于0.1THz?0.5THz太赫茲頻段平面電路之間的有效互連，并且耦合頻率與耦合強度可調的太赫茲頻段的平面電路傳輸裝置。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明所述太赫茲頻段平面電路互連導波結構主視圖。
[0013]圖2是圖1的俯視圖。
[0014]圖中:1平板介質導波結構、2錐形漸變過渡結構，3平面Goubau線。
【具體實施方式】
[0015]參閱圖1-圖2。太赫茲頻段的平面過渡導波結構包括:平板介質導波結構1和平面Goubau線3，其中:平板介質導波結構1以平板介質波導為端口作為射頻信號輸入，端口通過一段平面和錐形漸變過渡結構或鰭線過渡結構，連接平面Goubau線輸出射頻信號，且平板介質導波結構、平面錐形漸變過渡2錐形漸變過渡結構和平面Goubau線共用中間介質基片傳輸寬帶太赫茲信號，實現太赫茲頻段平面電路之間的有效互連。
[0016]平面過渡導波結構可以通過改變介質基片的尺寸，以及平面古鮑Goubau線3表面金屬信號導線的寬度來實現低損耗的射頻信號傳輸，從而實現工程應用中的太赫茲平面電路互連。
[0017]平板介質導波結構作為射頻信號輸入端，它的傳輸主模與標準矩形波導相同，SP可以與矩形波導相連，也可以與鰭線互連。
[0018]平面錐形漸變過渡2的漸變過渡結構可以采用錐形過渡結構，也可以采用鰭線過渡結構，使兩種不同寬度的信號金屬導線之間實現有效互連。通過改變該漸變過渡結構的尺寸，調節射頻信號的傳輸損耗。
[0019]平面Goubau線可以直接與多種導波結構形式互連，如共面波導、微帶等。通過改變介質基片的厚度和寬度，以及上方信號金屬導線的寬度來實現低損耗的射頻信號傳輸。
[0020]本發明具體實施可采用以下步驟:
首先根據太赫茲電路頻段要求，確定頻率通帶，選擇合適的介質基片材料，利用微波電路計算機輔助軟件，建立圖1的導波結構，設定所需的傳輸特性設計目標，通過軟件的優化設計程序，從而確定各單元傳輸線參數。
[0021]本發明應用于太赫茲頻段的平面互連導波結構，外部射頻信號輸入平板介質波導1，通過錐形漸變過渡結構2與平面Goubau線3進行導通，然后輸出射頻信號至外部電路，實現太赫茲電路之間的平面互連。平板介質波導作為射頻信號輸入端，即可以與矩形波導相連，也可以與鰭線和微帶進行互連；輸出端的平面Goubau線也可以直接與多種導波結構形式互連，如共面波導、微帶等。本發明解決了工程應用中太赫茲平面電路之間實現互連的難題。
【主權項】
1.一種太赫茲頻段平面互連導波結構，包括平板介質導波結構(1)和平面Goubau線(3)，其特征在于:平板介質導波結構(1)以平板介質波導為端口作為射頻信號輸入，所述端口通過平面錐形漸變過渡結構(2) —段錐形漸變過渡連接平面Goubau線，其中平板介質導波結構、平面錐形漸變過渡導波結構和平面Goubau線共用中間介質基片。2.如權利要求1所述的太赫茲平面互連導波結構，其特征在于:改變介質基片的尺寸，以及平面Goubau線(3)表面金屬信號導線的寬度來傳輸射頻信號，從而實現工程應用中的太赫茲平面電路互連。3.如權利要求1所述的太赫茲平板介質導波結構，其特征在于:平板介質導波結構作為射頻信號輸入端，它的傳輸主模與標準矩形波導相同。4.如權利要求1所述的太赫茲頻段平面互連導波結構，其特征在于:漸變過渡結構采用鰭線過渡結構。5.如權利要求1所述的太赫茲頻段平面互連導波結構，其特征在于:平面Goubau線直接與共面波導、微帶多種導波結構形式互連。
【專利摘要】本發明提出的一種太赫茲頻段的平面過渡導波結構，旨在提供一種結構簡單，易加工，能夠廣泛應用于太赫茲平面電路實現平面互連的導波結構。本發明通過下述方案予以實現：平板介質導波結構(1)以平板介質波導為端口作為射頻信號輸入，端口通過一段平面和錐形漸變過渡結構連接平面Goubau線輸出射頻信號，且平板介質導波結構、平面錐形漸變過渡(2)錐形漸變過渡結構和平面Goubau線共用中間介質基片傳輸寬帶太赫茲信號，實現太赫茲頻段平面電路之間的有效互連。能夠將太赫茲信號的能量有效地耦合于內部介質層，獲得更強的能量聚集特性，降低了太赫茲信號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構實現高效耦合。
【IPC分類】H01P3/16
【公開號】CN105428769
【申請號】CN201510786325
【發明人】王志輝
【申請人】中國電子科技集團公司第十研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月16日