[发明专利]四分支端口平板介质太赫兹波导耦合器

说明书

本发明提出的四分支端口平板介质太赫兹波导耦合器，旨在提供一种工作频带较宽、耦合平稳、隔离度高、射频信号传输插入损耗小的太赫兹介质波导耦合器结构。本发明通过下述方案予以实现：采用空气作为传输介质组成空气介质矩形波导腔，在波导腔中设两条沿直条介质波导端向分弧形成的两段π形弓传输线组合的四端口耦合线，形成带有四端口的耦合直槽缝隙，其中一条作为主线，把直通线功率的一部分或全部耦合到另一条作为副线的耦合线中，太赫兹波经过耦合器后，太赫兹波从波导口的输入端进入，与输入端同侧的另一端口为匹配负载端口，从另一端波导口的直通输出端口和耦合输出端口，两个出口输出，从而形成太赫兹耦合器。

技术领域

本发明是关于一种基于平板介质波导的太赫兹新型介质波导耦合器结构，实现太赫兹射频信号功分耦合输出的导波结构，特别适用于太赫兹频段平面电路之间的有效互连。

背景技术

由于太赫兹THz波具有较高的空间分辨率、时间分辨率、良好的介质辐射穿透性和较低的光子能量，可以穿透大部分干燥的非金属和非极性物质,以及太赫兹THz科学和技术的具体应用，已经越来越受到人们的关注。可在许多研究工作中，THz波大多是在大气中传输，水蒸汽的吸收和大气散射造成了THz能量的大量衰减。由于太赫兹波的独特特性，水汽等对太赫兹波有强烈吸收，使太赫兹空间传输受限。为了减少能量损耗，很多研究机构相继开展了THz波传输的深入研究，导波传输是其中最有前途的解决方案之一。但是由于在THz光谱范围内，金属的有限传导率或介质材料的高吸收系数会造成能量高损耗，导波技术还处于初步发展阶段。目前，已经实现的，并且比较有实用价值的波导结构主要有四种：金属波导，介质波导，平行板波导，金属丝波导。金属波导是用准光学方法耦合传输THz波，它分为两种：圆形波导和矩形波导，两者都能将自由传输的亚皮秒(sub-ps)THz波耦合到亚毫米金属波导内。矩形波导与圆形波导有部分不同，矩形波导能量吸收系数小于0.5cm-1。在入射光谱中，圆形波导只交叠了25个以上的导波模式，而矩形波导达35个以上。介质波导可以比金属波导有更少的吸收。且与金属波导相比，介质波导中传输的模式是单个模式。在聚乙烯塑料条板介质波导内，自由传输的太赫兹波和单个波导模式之间可以得到极好的准光学耦合。板间距为108μm的铜平行板波导，具有无群速度色散、低损耗、单个横电磁模式的传输，其振幅吸收系数与频率相关，反比于板间距。将准光学元件和互联层组合，可以形成横电磁模式的太赫兹平面互联，此互联有可忽略的群速度色散和低损耗的特点。在上述情况中，太赫兹脉冲的有效传输受限于高损耗，或导波的群速度色散。

在太赫兹领域中，太赫兹定向耦合器是应用最多、分布最广的实用器件，其功能是将微波信号按照一定的比例进行功率分配，其中波导型定向耦合器可以实现宽频带和高方向性等指标，在大功率系统中得到广泛应用，越来越受到人们的关注。随着电磁波频率的升高，对相应器件的特征尺寸要求越小，趋肤效应和其它损耗对器件的加工精度提出了更加苛刻的要求，常规的微精密机械加工工艺已经很难达到太赫兹器件小尺寸、高精度及批量化生产的要求；而基于IC工艺的大规模集成电路制造技术难以满足大尺寸三维结构高度上的要求，这严重制约了太赫兹器件的发展。