太赫茲頻段圓柱介質管導波結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種能夠廣泛應用于太赫茲成像和信號發射的導波結構。
【背景技術】
[0002]頻率0.1?10.0THz范圍內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紅外波段，具有波長短、方向性好、光子能量低、高穿透性等獨特性質，太赫茲系統在半導體材料、高溫超導材料的性質研究、斷層成像技術、無標記的基因檢查、細胞水平的成像、化學和生物的檢查，以及寬帶通信、微波定向等許多領域有廣泛的應用。由于THz波所處的特殊位置，它有很多優越的特性和非常重要的學術研究和應用價值，使得世界各國都給予極大的關注，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，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。傳輸線的研究對于太赫茲(THz)技術的發展非常重要，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。太赫茲波表現出一系列不同于其它電磁輻射的特殊性質:穿透能力強、光子能量低、可得到高分辨率的清晰圖像、可進行時間分辨的光譜測量等。但有太赫茲輻射源在輸出頻率可調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射需要在射頻輸出端具有很強的能量耦合的問題，由于水汽對THz波的強烈吸收，研究適用于不同應用需求的太赫茲波導成為急需，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。現有技術太赫茲輻射源在輸出功率方面還存在局限性和當前太赫茲物體成像以及高功率發射需要在射頻輸出端具有很強的能量耦合的問題。目前現有技術采用的共面波導、平板波導、介質光纖等導波結構，介質管和金屬線波導的結構形式較為復雜，存在加工比較困難的問題。
[0003]對于太赫茲導波結構來說，最重要的特性就是:低色散、低損耗以及強能量聚集。當進行長距離電磁信號傳輸時，波導應具有低色散特性，但對于近距離傳輸時，低損耗以及強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材料中會被大量的吸收，這就給太赫茲導波結構實現低損耗傳輸以及強能量聚集特性帶來了一定的困難。為了減小傳輸損耗，將電磁波約束在波導內部空氣區域中進行傳輸是一種行之有效的方法，而介質管導波結構可以很好的將電磁場約束在波導內部區域進行傳輸，從而有效地降低傳輸損耗及增強場約束能力。
[0004]在太赫茲頻段，物體成像以及高功率發射通常需要在輸出端具有很強的能量耦合特性，為了增強能量聚集特性，本實用新型對介質管導波結構進行改進，提出了一種太赫茲頻段新型圓柱介質管導波結構。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型目的是針對現有太赫茲輻射源在輸出功率方面的局限性和當前太赫茲物體成像以及高功率發射需要在射頻輸出端具有很強的能量耦合的問題，提供一種結構簡單，易于加工實現，工作頻帶寬的的圓柱介質管導波結構。
[0006]本實用新型的上述目的可以通過以下技術方案予以實現，一種太赫茲頻段圓柱介質管導波結構，具有一個空芯介質管(1)，其特征在于:空芯介質管1內設有空氣層2和同軸穿過空氣層2同心圓的金屬線導波結構3，外部射頻信號通過空芯介質管1和金屬線導波結構3之間的空氣層2，實現太赫茲射頻信號傳輸。
[0007]本實用新型具有如下有益效果:
[0008]結構簡單，易于加工。本實用新型其中空氣層可以用相對介電常數較低的介質材料進行填充，解決了現有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。因此本實用新型相對于現有技術共面波導、平板波導、介質光纖等導波結構，介質管和金屬線波導的結構形式就具有結構更為簡單，而且更易于加工實現的優勢。
[0009]電磁能量耦合強度高。本實用新型將太赫茲信號的能量有效地耦合于內部空氣層區域，降低了太赫茲信號在外部空間中的輻射損耗，在輸出部位具有超強能量聚集特性，從而實現高效耦合，提高太赫茲信號的發射與接收的效率，這是現有的圓柱介質管導波結構很難實現的。相比于普通圓柱介質管導波結構，該太赫茲頻段新型圓柱介質管導波結構在波導外部周圍存在很少的輻射場，將大部分電磁能量聚集在波導內部，由于該導波結構傳播的是表面波，電磁場能量在金屬表面進行傳播，電磁能量被外部介質層所束縛，因此能夠在輸出部位實現更強的能量耦合。
[0010]本實用新型在空芯介質管中增加一個金屬線導波結構，利用外部介質管與內部金屬線導波結構之間的空氣層進行射頻傳輸，減小外部輻射場，實現超強能量聚集特性。
[0011]本實用新型采用同軸穿過空氣層(2)同心圓的金屬線導波結構(3)構成的圓柱介質管導波結構，能夠實現超強能量聚集特性，提高太赫茲信號的發射與接收的效率。
[0012]本實用新型特別適用于0.1THz?ITHz太赫茲頻段，太赫茲成像，并能有效增強信號發射功率、耦合強度可調的太赫茲頻段的導波結構。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型所述太赫茲頻段新型圓柱介質管導波結構的主視圖。
[0014]圖2是圖1的左視圖。
[0015]圖中:1為空芯介質管波導，2為空氣層，3為金屬線導波結構。
【具體實施方式】
[0016]參閱圖1。在以下描述的實施例中，太赫茲頻段新型圓柱介質管導波結構由空芯介質管(1)和金屬線導波結構3，以及內部的空氣層2組成，其中，空芯介質管1內設空氣層2和金屬線導波結構3，外部射頻信號通過空芯介質管1和金屬線導波結構3之間的空氣層2，實現太赫茲射頻信號傳輸。該太赫茲頻段新型圓柱介質管導波結構在波導外部周圍存在很少的輻射場，將大部分電磁能量聚集在波導內部空氣層區域，由于該導波結構傳播的是表面波，電磁場能量在金屬表面進行傳播，電磁能量被外部介質層所束縛，因此能夠在輸出部位實現更強的能量耦合。本實用新型能改善太赫茲成像質量和增強信號發射功率。
[0017]本實用新型具體實施可采用以下步驟:
[0018]首先根據太赫茲電路頻段要求，確定頻率通帶，選擇合適的外層介質材料，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。
【主權項】
1.一種太赫茲頻段圓柱介質管導波結構，具有一個空芯介質管(1)，其特征在于:空芯介質管(1)內設有空氣層(2)和同軸穿過空氣層(2)同心圓的金屬線導波結構(3)，外部射頻信號通過空芯介質管(1)和金屬線導波結構(3)之間的空氣層(2)，實現太赫茲射頻信號傳輸。2.如權利要求1所述的太赫茲頻段圓柱介質管導波結構，其特征在于:空氣層(2)用相對介電常數比外部空芯介質管介電常數低的介質材料進行填充。
【專利摘要】本實用新型提出的一種太赫茲頻段圓柱介質管導波結構，旨在提供一種結構簡單，易加工，能夠實現超強能量聚集特性，并能改善太赫茲成像質量和增強信號發射功率的導波結構。本實用新型通過下述方案予以實現：空芯介質管(1)內設有空氣層(2)和同軸穿過空氣層(2)同心圓的金屬線導波結構(3)，外部射頻信號通過空芯介質管(1)和金屬線導波結構(3)之間的空氣層(2)，實現太赫茲射頻信號傳輸。本實用新型解決了現有技術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。
【IPC分類】H01P3/10
【公開號】CN205081203
【申請號】CN201520803054
【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9日
【申請日】2015年10月18日