太赫茲頻段圓柱介質(zhì)管導(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，使得世界各國都給予極大的關(guān)注，因此太赫茲技術(shù)逐漸成為國際研究的熱點(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。現(xiàn)有技術(shù)太赫茲輻射源在輸出功率方面還存在局限性和當(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。目前現(xiàn)有技術(shù)采用的共面波導(dǎo)、平板波導(dǎo)、介質(zhì)光纖等導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，介質(zhì)管和金屬線波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，存在加工比較困難的問題。
[0003]對(duì)于太赫茲導(dǎo)波結(jié)構(gòu)來說，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)能量聚集特性帶來了一定的困難。為了減小傳輸損耗，將電磁波約束在波導(dǎo)內(nèi)部空氣區(qū)域中進(jìn)行傳輸是一種行之有效的方法，而介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)可以很好的將電磁場約束在波導(dǎo)內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行傳輸，從而有效地降低傳輸損耗及增強(qiáng)場約束能力。
[0004]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，本實(shí)用新型對(duì)介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種太赫茲頻段新型圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]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)簡單，易于加工實(shí)現(xiàn)，工作頻帶寬的的圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。
[0006]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)，一種太赫茲頻段圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，具有一個(gè)空芯介質(zhì)管(1)，其特征在于:空芯介質(zhì)管1內(nèi)設(shè)有空氣層2和同軸穿過空氣層2同心圓的金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)3，外部射頻信號(hào)通過空芯介質(zhì)管1和金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)3之間的空氣層2，實(shí)現(xiàn)太赫茲射頻信號(hào)傳輸。
[0007]本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0008]結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。本實(shí)用新型其中空氣層可以用相對(duì)介電常數(shù)較低的介質(zhì)材料進(jìn)行填充，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。因此本實(shí)用新型相對(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)，介質(zhì)管和金屬線波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)形式就具有結(jié)構(gòu)更為簡單，而且更易于加工實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢。
[0009]電磁能量耦合強(qiáng)度高。本實(shí)用新型將太赫茲信號(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，從而實(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，這是現(xiàn)有的圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)的。相比于普通圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，該太赫茲頻段新型圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)在波導(dǎo)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(dǎo)內(nèi)部，由于該導(dǎo)波結(jié)構(gòu)傳播的是表面波，電磁場能量在金屬表面進(jìn)行傳播，電磁能量被外部介質(zhì)層所束縛，因此能夠在輸出部位實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的能量耦合。
[0010]本實(shí)用新型在空芯介質(zhì)管中增加一個(gè)金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，利用外部介質(zhì)管與內(nèi)部金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)之間的空氣層進(jìn)行射頻傳輸，減小外部輻射場，實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)能量聚集特性。
[0011]本實(shí)用新型采用同軸穿過空氣層(2)同心圓的金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)(3)構(gòu)成的圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)超強(qiáng)能量聚集特性，提高太赫茲信號(hào)的發(fā)射與接收的效率。
[0012]本實(shí)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(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)用新型所述太赫茲頻段新型圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的主視圖。
[0014]圖2是圖1的左視圖。
[0015]圖中:1為空芯介質(zhì)管波導(dǎo)，2為空氣層，3為金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參閱圖1。在以下描述的實(shí)施例中，太赫茲頻段新型圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)由空芯介質(zhì)管(1)和金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)3，以及內(nèi)部的空氣層2組成，其中，空芯介質(zhì)管1內(nèi)設(shè)空氣層2和金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)3，外部射頻信號(hào)通過空芯介質(zhì)管1和金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)3之間的空氣層2，實(shí)現(xiàn)太赫茲射頻信號(hào)傳輸。該太赫茲頻段新型圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)在波導(dǎo)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(dǎo)內(nèi)部空氣層區(qū)域，由于該導(dǎo)波結(jié)構(gòu)傳播的是表面波，電磁場能量在金屬表面進(jìn)行傳播，電磁能量被外部介質(zhì)層所束縛，因此能夠在輸出部位實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的能量耦合。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。
[0017]本實(shí)用新型具體實(shí)施可采用以下步驟:
[0018]首先根據(jù)太赫茲電路頻段要求，確定頻率通帶，選擇合適的外層介質(zhì)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)】
1.一種太赫茲頻段圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，具有一個(gè)空芯介質(zhì)管(1)，其特征在于:空芯介質(zhì)管(1)內(nèi)設(shè)有空氣層(2)和同軸穿過空氣層(2)同心圓的金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)(3)，外部射頻信號(hào)通過空芯介質(zhì)管(1)和金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)(3)之間的空氣層(2)，實(shí)現(xiàn)太赫茲射頻信號(hào)傳輸。2.如權(quán)利要求1所述的太赫茲頻段圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，其特征在于:空氣層(2)用相對(duì)介電常數(shù)比外部空芯介質(zhì)管介電常數(shù)低的介質(zhì)材料進(jìn)行填充。
【專利摘要】本實(shí)用新型提出的一種太赫茲頻段圓柱介質(zhì)管導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易加工，能夠?qū)崿F(xiàn)超強(qiáng)能量聚集特性，并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)：空芯介質(zhì)管(1)內(nèi)設(shè)有空氣層(2)和同軸穿過空氣層(2)同心圓的金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)(3)，外部射頻信號(hào)通過空芯介質(zhì)管(1)和金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)(3)之間的空氣層(2)，實(shí)現(xiàn)太赫茲射頻信號(hào)傳輸。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)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。
【IPC分類】H01P3/10
【公開號(hào)】CN205081203
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520803054
【發(fā)明人】王志輝
【申請(qǐng)人】中國電子科技集團(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