太赫茲頻段平面互連導波結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種太赫茲新型平面互連導波結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)寬帶太赫茲信號傳輸?shù)膶РńY(jié)構(gòu)，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(shù)】
[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(zhì)，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(fā)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(zhì)，因此太赫茲技術(shù)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(yī)學等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，以及安全檢查、無損檢測、生物成像、環(huán)境監(jiān)測、食品檢驗、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、雷達偵察、衛(wèi)星通信和天文觀測等領(lǐng)域等應(yīng)用研究領(lǐng)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(zhì)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(zhì)波導能夠更有效地將電磁能量聚集在內(nèi)部介質(zhì)區(qū)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(yīng)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(fā)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(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。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(jié)構(gòu)是制約太赫茲技術(shù)發(fā)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(jié)構(gòu)研究的重要問題。目前人們已經(jīng)提出了一些太赫茲導波結(jié)構(gòu)。在這些結(jié)構(gòu)當中，一些導波結(jié)構(gòu)特別適合實現(xiàn)太赫茲平面電路實現(xiàn)有效互連，但當前太赫茲平面電路之間無法實現(xiàn)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(jié)構(gòu)。它是在柱形金屬線導波結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過在金屬表面增加一層介質(zhì)而構(gòu)成的。通過對Goubau線進行變形，形成平面結(jié)構(gòu)，金屬導線位于介質(zhì)基片材料表面，構(gòu)成平面Goubau線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是針對當前太赫茲平面電路之間無法實現(xiàn)有效互連的問題，提供一種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。該導波結(jié)構(gòu)能夠使多個太赫茲平面電路之間實現(xiàn)有效、低損的射頻信號傳輸，從而提高太赫茲信號的發(fā)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(fā)明的上述目的可以通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)，一種太赫茲頻段平面互連導波結(jié)構(gòu)，包括平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)1和平面Goubau線3，其特征在于:平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)1以平板介質(zhì)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(jié)構(gòu)2 —段錐形漸變過渡連接平面Goubau線，其中平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)、平面錐形漸變過渡導波結(jié)構(gòu)和平面Goubau線共用中間介質(zhì)基片。即平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)、平面錐形漸變過渡2錐形漸變過渡結(jié)構(gòu)和平面Goubau線共用中間介質(zhì)基片傳輸寬帶太赫茲信號，實現(xiàn)太赫茲頻段平面電路之間的有效互連。
[0008]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。本發(fā)明以平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)作為射頻信號輸入，通過一段錐形漸變過渡導波結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，平面Goubau線本身的結(jié)構(gòu)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(zhì)光纖等太赫茲導波結(jié)構(gòu)，平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)和平面Goubau線的結(jié)構(gòu)形式就具有非常明顯的優(yōu)勢，它們的結(jié)構(gòu)更為簡單，而且相比之下尺寸更大，這樣就更易于加工實現(xiàn)，從而解決了現(xiàn)有單一結(jié)構(gòu)形式的太赫茲導波結(jié)構(gòu)制造工藝要求高，實際應(yīng)用較困難，難于加工等問題。
[0009]耦合強度高。本發(fā)明在平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)、平面錐形漸變過渡結(jié)構(gòu)和平面Goubau線的中間采用共用介質(zhì)基片實現(xiàn)寬帶太赫茲信號傳輸，通過一段平面和錐形漸變過渡結(jié)構(gòu)連接平面Goubau線輸出射頻信號，能夠?qū)⑻掌澬盘柕哪芰坑行У伛詈嫌趦?nèi)部介質(zhì)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(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效耦合，提高太赫茲信號的發(fā)射與接收的效率。同時，可通過調(diào)節(jié)平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)、錐形漸變過渡結(jié)構(gòu)以及平面Goubau線三者的相對位置以及介質(zhì)層的厚度，來方便地調(diào)諧耦合強度，這是現(xiàn)有的太赫茲導波結(jié)構(gòu)很難實現(xiàn)的。試驗結(jié)果也表明端口通過一段平面和錐形漸變過渡結(jié)構(gòu)連接平面Goubau線能夠在太赫茲頻段實現(xiàn)超強能量聚集特性。同時該導波結(jié)構(gòu)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(xiàn)低損耗傳輸，傳輸損耗為
0.1-2.lm1。平面Goubau線導波結(jié)構(gòu)將Goubau線由柱形變成矩形結(jié)構(gòu)。當太赫茲波通過平面Goubau線導波結(jié)構(gòu)進行傳輸時，具有低損耗、寬頻段和結(jié)構(gòu)簡單等特點。如果將金屬導帶移至介質(zhì)層表面，形成了變形平面Goubau線導波結(jié)構(gòu)(Modified planar Goubau line，簡稱MPGL)，這種導波結(jié)構(gòu)具有更低的太赫茲損耗。這種平面Goubau線與平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)進行互連，具有高效率和寬頻帶的特性。
[0011]本發(fā)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(diào)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(fā)明所述太赫茲頻段平面電路互連導波結(jié)構(gòu)主視圖。
[0013]圖2是圖1的俯視圖。
[0014]圖中:1平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)、2錐形漸變過渡結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)包括:平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)1和平面Goubau線3，其中:平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)1以平板介質(zhì)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(jié)構(gòu)或鰭線過渡結(jié)構(gòu)，連接平面Goubau線輸出射頻信號，且平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)、平面錐形漸變過渡2錐形漸變過渡結(jié)構(gòu)和平面Goubau線共用中間介質(zhì)基片傳輸寬帶太赫茲信號，實現(xiàn)太赫茲頻段平面電路之間的有效互連。
[0016]平面過渡導波結(jié)構(gòu)可以通過改變介質(zhì)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(xiàn)低損耗的射頻信號傳輸，從而實現(xiàn)工程應(yīng)用中的太赫茲平面電路互連。
[0017]平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可以采用錐形過渡結(jié)構(gòu)，也可以采用鰭線過渡結(jié)構(gòu)，使兩種不同寬度的信號金屬導線之間實現(xiàn)有效互連。通過改變該漸變過渡結(jié)構(gòu)的尺寸，調(diào)節(jié)射頻信號的傳輸損耗。
[0019]平面Goubau線可以直接與多種導波結(jié)構(gòu)形式互連，如共面波導、微帶等。通過改變介質(zhì)基片的厚度和寬度，以及上方信號金屬導線的寬度來實現(xiàn)低損耗的射頻信號傳輸。
[0020]本發(fā)明具體實施可采用以下步驟:
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，利用微波電路計算機輔助軟件，建立圖1的導波結(jié)構(gòu)，設(shè)定所需的傳輸特性設(shè)計目標，通過軟件的優(yōu)化設(shè)計程序，從而確定各單元傳輸線參數(shù)。
[0021]本發(fā)明應(yīng)用于太赫茲頻段的平面互連導波結(jié)構(gòu)，外部射頻信號輸入平板介質(zhì)波導1，通過錐形漸變過渡結(jié)構(gòu)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(xiàn)太赫茲電路之間的平面互連。平板介質(zhì)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(jié)構(gòu)形式互連，如共面波導、微帶等。本發(fā)明解決了工程應(yīng)用中太赫茲平面電路之間實現(xiàn)互連的難題。
【主權(quán)項】
1.一種太赫茲頻段平面互連導波結(jié)構(gòu)，包括平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)(1)和平面Goubau線(3)，其特征在于:平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)(1)以平板介質(zhì)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(jié)構(gòu)(2) —段錐形漸變過渡連接平面Goubau線，其中平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)、平面錐形漸變過渡導波結(jié)構(gòu)和平面Goubau線共用中間介質(zhì)基片。2.如權(quán)利要求1所述的太赫茲平面互連導波結(jié)構(gòu)，其特征在于:改變介質(zhì)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(xiàn)工程應(yīng)用中的太赫茲平面電路互連。3.如權(quán)利要求1所述的太赫茲平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)，其特征在于:平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)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(quán)利要求1所述的太赫茲頻段平面互連導波結(jié)構(gòu)，其特征在于:漸變過渡結(jié)構(gòu)采用鰭線過渡結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求1所述的太赫茲頻段平面互連導波結(jié)構(gòu)，其特征在于:平面Goubau線直接與共面波導、微帶多種導波結(jié)構(gòu)形式互連。
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種太赫茲頻段的平面過渡導波結(jié)構(gòu)，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易加工，能夠廣泛應(yīng)用于太赫茲平面電路實現(xiàn)平面互連的導波結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過下述方案予以實現(xiàn)：平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)(1)以平板介質(zhì)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(jié)構(gòu)連接平面Goubau線輸出射頻信號，且平板介質(zhì)導波結(jié)構(gòu)、平面錐形漸變過渡(2)錐形漸變過渡結(jié)構(gòu)和平面Goubau線共用中間介質(zhì)基片傳輸寬帶太赫茲信號，實現(xiàn)太赫茲頻段平面電路之間的有效互連。能夠?qū)⑻掌澬盘柕哪芰坑行У伛詈嫌趦?nèi)部介質(zhì)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(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效耦合。
【IPC分類】H01P3/16
【公開號】CN105428769
【申請?zhí)枴緾N201510786325
【發(fā)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