太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導加載介質柵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。
[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。
[0004]為了減小平板介質波導的損耗以及降低輻射場，由兩介質板形成的介質單縫隙導波結構被提了出來。它可以很好的將電磁場限制在內部空氣縫隙處，有效減小波導外部的輻射場。作為對介質單縫隙導波結構的改進，由三層介質板構成的介質雙縫隙導波結構被提了出來。相比于介質單縫隙導波結構，介質雙縫隙導波結構的場約束能力提高了近30%。盡管這兩種介質縫隙導波結構都能夠很好實現對場的約束，但均存在一個重要的結構缺陷，那就是作為開放型導波結構，在波導縫隙的外部存在一定的輻射場，對外部環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，同時改善傳輸特性以及減小波導的輻射場，利用不同折射率介質板之間存在電磁波反射的特性，本實用新型對介質縫隙導波結構進行改進，提出了一種太赫茲頻段新型屏蔽介質雙縫隙波導加載介質柵導波結構。
【實用新型內容】
[0006]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，耦合強度高，工作頻帶寬的太赫茲平面波導導波結構。
[0007]本實用新型的上述目的可以通過以下技術方案予以實現，一種太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導加載介質柵導波結構，具有一個矩形金屬波導和矩形體介質層，其特征在于:在矩形金屬波導1內側上下底平面上設有通過介質柵5)對稱支撐的介質板2)，矩形體介質層3)通過介質柵5間隔的空氣層4位于矩形金屬波導1)的中部腔體中，外部太赫茲射頻信號通過矩形金屬波導1)內置介質板2、矩形體介質層3，以及介質柵5之間所形成的空氣層4實現射頻信號傳輸。
[0008]本實用新型具有如下有益效果:
[0009]結構簡單，易于加工。本實用新型在矩形金屬波導1)內側上下底平面上設有通過介質柵5)對稱支撐的介質板2)，矩形體介質層3)通過介質柵5)間隔的空氣層4)位于矩形金屬波導1)的中部腔體中，這種由標準矩形金屬波導作為輸入腔體框架，內部的介質層構成射頻傳輸的空氣腔。而介質層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平面傳輸問題。相對于現有技術共面波導、平板波導、介質光纖等導波結構，標準矩形金屬波導和介質層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，從而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。
[0010]電磁能量耦合強度高。本實用新型外部太赫茲射頻信號通過矩形金屬波導1內置介質板2、矩形體介質層3，以及介質柵5之間所形成的空氣層4實現射頻信號傳輸，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，實現高效耦合，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，可通過調節介質層的介電常數、厚度，以及不同介質層之間的距離，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。同時在矩形金屬波導內部，利用介質柵對多層具有不同介電常數的介質板進行加固，形成互連。而內部所形成的空氣層對太赫茲射頻信號進行射頻傳輸，可以減小外部輻射場，實現超強能量聚集特性。具有良好的傳輸特性，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，并實現超強能量聚集特性，從而提高太赫茲信號的發射與接收的效率。
[0011]本實用新型能夠將太赫茲信號的能量有效地耦合于內部空氣層區域，獲得更強的能量聚集特性，降低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。
[0012]本實用新型具有良好的傳輸特性，并能實現超強能量聚集特性的太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導導波結構，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是本實用新型太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導加載介質柵導波結構的透視主視圖。
[0014]圖2是圖1的左視圖。
[0015]圖中:1矩形金屬波導，2介質板，3矩形體介質層，4空氣層，5介質柵。
【具體實施方式】
[0016]參閱圖1-圖2。在以下描述的實施例中，一種太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導加載介質柵導波結構，具有一個矩形金屬波導和矩形體介質層。在矩形金屬波導1內側上下底平面上設有通過介質柵5對稱支撐的介質板2，矩形體介質層3通過介質柵5間隔的空氣層4位于矩形金屬波導1的中部腔體中，外部太赫茲射頻信號通過矩形金屬波導1內置介質板2、矩形體介質層3，以及介質柵5之間所形成的空氣層4實現射頻信號傳輸。
[0017]矩形體介質層3的相對介電常數大于介質板2的相對介電常數，這樣可以有效地將電磁能量聚集在波導內部介質層2的表面，減小金屬損耗。
[0018]介質柵5—方面起著進一步約束電磁能量的作用，另一方面可以在實際應用中，對矩形框金屬波導內部的上下層介質板起著加固的作用。
[0019]該太赫茲頻段新型屏蔽介質縫隙波導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，電磁能量被中間具有較大相對介電常數的介質層所束縛，降低了金屬損耗，因此能夠在輸出部位實現更強的能量耦合，同時具有良好的傳輸特性。本實用新型能改善太赫茲成像質量和增強信號發射功率，同時實現太赫茲頻段平面電路之間的有效互連。
[0020]新型屏蔽介質縫隙波導的傳輸主模與標準矩形框金屬波導相同，即可以與矩形波導相連，也可以與鰭線或微帶線互連。
[0021]通過調節介質層的介電常數、厚度，以及不同介質層之間的距離，來方便地調諧耦合強度和傳輸參數。
[0022]本實用新型具體實施可采用以下步驟:
[0023]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。
【主權項】
1.一種太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導加載介質柵導波結構，具有一個矩形金屬波導和矩形體介質層，其特征在于:在矩形金屬波導(1)內側上下底平面上設有通過介質柵(5)對稱支撐的介質板(2)，矩形體介質層(3)通過介質柵(5)間隔的空氣層(4)位于矩形金屬波導(1)的中部腔體中，外部太赫茲射頻信號通過矩形金屬波導(1)內置介質板(2)、矩形體介質層(3)，以及介質柵(5)之間所形成的空氣層(4)實現射頻信號傳輸。2.如權利要求1所述的太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導加載介質柵導波結構，其特征在于:太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導加載介質柵導波結構的傳輸主模與標準矩形波導相同。3.如權利要求1所述的太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導加載介質柵導波結構，其特征在于:矩形體介質層(3)的相對介電常數大于介質板(2)的相對介電常數。
【專利摘要】本實用新型提出的一種太赫茲頻段屏蔽介質縫隙波導加載介質柵導波結構，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，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：在矩形金屬波導(1)內側上下底平面上設有通過介質柵(5)對稱支撐的介質板(2)，矩形體介質層(3)通過介質柵(5)間隔的空氣層(4)位于矩形金屬波導(1)的中部腔體中,外部太赫茲射頻信號通過矩形金屬波導(1)內置介質板(2)、矩形體介質層(3)，以及介質柵(5)之間所形成的空氣層(4)實現射頻信號傳輸。本實用新型能夠將太赫茲信號的能量有效地耦合于內部空氣層區域，獲得更強的能量聚集特性。
【IPC分類】H01P3/12
【公開號】CN205081204
【申請號】CN201520807770
【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