太赫兹双模折叠多工器的制作方法

1.本发明涉及太赫兹领域，尤其是涉及一种太赫兹双模折叠多工器。


背景技术：

2.太赫兹波是指频率在 0.1~10thz范围的电磁波，其频谱位于毫米波与红外光波之间，兼具了微波和光波的特性，这使得太赫兹技术成为电子学和光子学研究的重要扩展。随着太赫兹频段半导体器件、辐射源、探测器及系统的不断进步，太赫兹技术已成为对现代科学技术、国防建设有重要影响的非常活跃的前沿学科，并对国民经济和国家安全有重大的应用价值。
3.太赫兹双工器作为分离太赫兹信号频谱的重要部件成为研究重点。无论是在通信、导航，还是在制导、雷达系统中，双工器都是不可或缺的重要器件。目前常见的双工器有声带面波双工器、介质双工器、同轴双工器、波导双工器、微带双工器等。由于微带线、带状线等传输结构具有较大损耗、较低功率容量，以及加工精度影响，一般在高频段不用于双工器的设计。尤其在太赫兹波段，多采用金属腔体波导进行实现。采用金属腔体设计时，采用h面加工腔体容易破坏壁电流分布，从而影响器件性能。因此，基于金属波导的太赫兹双工器优选采用e面加工。
4.现有基于金属腔体波导且采用e面加工实现的太赫兹双工器一般是由两个带通滤波器和一个t 型结或y型结构成，目前常见的太赫兹双工器的结构为两边由多个金属谐振腔构成的是切比雪夫响应滤波器，中间为t形结，输入输出端口在同一水平面平行分布，且一般呈180度的夹角。该结构通过调节t形结中间的矩形金属凸起结构或在公共端口添加金属膜片来进行匹配，通过调节优化电路以及谐振腔尺寸来减小不连续性以及滤波器之间的干扰，从而使双工器正常工作。但基于t 型结或y型结这种三端口构成的太赫兹双工器，其两输出端口平行，其中一个端口的回波容易从另一端口泄露，造成两端口隔离度相对较差；并且当两通道频段相距较近时，双工隔离度则会进一步更加恶化；除此之外，双工器采用直波导构成的切比雪夫响应滤波器的金属谐振腔数量较多、尺寸大，从而导致双工插入损耗增大；同时当采用较少阶数腔体时两带通滤波器带外抑制相对较差，尤其在高频段，更加不容易抑制，当双通带频段靠近时就会造成带外会互相影响，不利于双工端口之间隔离度性能的提升。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷，本发明提供一种结构简单、提高隔离度、加工更加方便的太赫兹双模折叠多工器。
6.本发明采用的技术方案是：太赫兹双模折叠多工器，包括位于e平面的输入波导、第一输出波导、第二输出波导以及折叠枝节，所述的折叠枝节包括输入端、第一带通滤波器过度枝节以及第二带通滤波器过度枝节，所述的输入端与输入波导连接，所述的第一带通滤波器过度枝节与第一输出波导连接，所述的第二带通滤波器过度枝节与第二输出波导连
接；所述的第一带通滤波器过度枝节与第二带通滤波器过度枝节垂直，所述的输入波导的中心线、输入端的中心线以及第一带通滤波器过度枝节的中心线重合；在所述的第一输出波导上设置有第一e面椭圆响应滤波器结构，在所述的第二输出波导上设置有第二e面椭圆响应滤波器结构。
7.为更好地实现本发明，所述的第一e面椭圆响应滤波器结构包括靠近第一带通滤波器过度枝节的第一带通滤波器中单模腔体和远离第一带通滤波器过度枝节的第一带通滤波器中双模腔体。
8.为更好地实现本发明，所述的第一带通滤波器中单模腔体的外侧和第一带通滤波器中双模腔体的外侧均配合有第一带通滤波器中膜片。
9.为更好地实现本发明，所述的第二e面椭圆响应滤波器结构包括靠近第二带通滤波器过度枝节的第二带通滤波器中单模腔体和远离第二带通滤波器过度枝节的第二带通滤波器中双模腔体。
10.为更好地实现本发明，所述的第二带通滤波器中单模腔体的外侧和第二带通滤波器中双模腔体的外侧均配合有第二带通滤波器中膜片。
11.为更好地实现本发明，所述的第一带通滤波器过度枝节的长度为a，a为第一e面椭圆响应滤波器结构的中心频率所对应的波导长度二分之一的整数倍，所述的第二带通滤波器过度枝节的长度为b，b为第二e面椭圆响应滤波器结构的中心频率所对应的波导长度二分之一的整数倍。
12.为更好地实现本发明，该太赫兹双模折叠多工器包括两个连接在一起的对称部分，在两个所述的对称部分上设置有与所述的输入波导、第一输出波导以及第二输出波导的末端配合的法兰盘。
13.为更好地实现本发明，在两个所述的对称部分上设置有方便快速定位的销钉孔和方便连接的螺钉孔。
14.为更好地实现本发明，在其中一个所述的对称部分的角部设置有凹陷，另一个对称部分的角部设置有与该凹陷配合的凸台。
15.为更好地实现本发明，在所述的输入波导和折叠枝节之间增设有第二折叠枝节，该第二折叠枝节连接有第三输出波导，在所述的第三输出波导上设置有第三e面椭圆响应滤波器结构。
16.本发明的有益效果：1、与现有技术相比，本发明的太赫兹双模折叠多工器，通过输入波导、第一输出波导、第二输出波导、输入端、第一带通滤波器过度枝节以及第二带通滤波器过度枝节等的配合，第一带通滤波器过度枝节与第二带通滤波器过度枝节垂直，所述的输入波导的中心线、输入端的中心线以及第一带通滤波器过度枝节的中心线重合，通过各枝节长度调节各通道匹配，有利于提高双工器隔离度，减少仿真难度，更容易加工。
17.2、本发明采用了纯腔体结构，第一输出波导、第二输出波导采用由含有双模谐振腔来构成的椭圆响应腔体滤波器，可使用更少谐振腔数量，具有结构紧凑、插入损耗小的优点、易于e面加工、两通道滤波器带外抑制性能好，使得双工器第一输出波导和第二输出波导之间具有较好的隔离度。
18.3、太赫兹波导双工器由上下两个对称部分构成，其中一个对称部分的四个角部有
一定高度凸台，另一个对称部分的四个角部有一定高度凹陷，这样两个对称部分用销钉装配更加紧凑，整体沿着双工器e面中心剖分加工，三个波导口位于同一平面，各个波导口位于同一平面，波导端口有相对应的法兰盘。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明的太赫兹双模折叠多工器的一种原理示意图；图2是本发明的太赫兹双模折叠多工器的折叠枝节的一种结构示意图；图3是本发明的太赫兹双模折叠多工器的一种结构示意图；图4是本发明的太赫兹双模折叠多工器应用于wr-2.8波段的一种电路图；图5是本发明的太赫兹双模折叠多工器应用于wr-2.8波段的一种仿真图；图6是基于本发明构思的太赫兹三工器的一种结构示意图；图中，1—第二带通滤波器中双模腔体，2—第二带通滤波器中单模腔体，3—第二带通滤波器中膜片，4—第一带通滤波器中单模腔体，5—第一带通滤波器中双模腔体，6—第一带通滤波器中膜片，7—输入波导，8—第一输出波导，9—第二输出波导，10—第二带通滤波器过度枝节，11—第一带通滤波器过度枝节，12—法兰盘，13—销钉孔，14—螺钉孔，15—凸台，16—凹陷，17—第三输出波导，18—第三带通滤波器中膜片，19—第三带通滤波器中单模腔体，20—第三带通滤波器中双模腔体。
具体实施方式
21.以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
22.如图1至图3所示，本发明的太赫兹双模折叠多工器，包括位于e平面的输入波导7、第一输出波导8、第二输出波导9以及折叠枝节，所述的折叠枝节包括输入端、第一带通滤波器过度枝节11以及第二带通滤波器过度枝节10，所述的输入端与输入波导7连接，所述的第一带通滤波器过度枝节11与第一输出波导8连接，所述的第二带通滤波器过度枝节10与第二输出波导9连接；所述的第一带通滤波器过度枝节11与第二带通滤波器过度枝节10垂直，所述的输入波导7的中心线、输入端的中心线以及第一带通滤波器过度枝节11的中心线重合；在所述的第一输出波导8上设置有第一e面椭圆响应滤波器结构，在所述的第二输出波导9上设置有第二e面椭圆响应滤波器结构。本发明的太赫兹双模折叠多工器，通过输入波导7、第一输出波导8、第二输出波导9、输入端、第一带通滤波器过度枝节11以及第二带通滤波器过度枝节10等的配合，第一带通滤波器过度枝节11与第二带通滤波器过度枝节10垂直，所述的输入波导7的中心线、输入端的中心线以及第一带通滤波器过度枝节11的中心线重合，通过各枝节长度调节各通道匹配，有利于提高双工器隔离度，减少仿真难度，更容易加工。
23.作为优选的，所述的第一e面椭圆响应滤波器结构包括靠近第一带通滤波器过度枝节11的第一带通滤波器中单模腔体4和远离第一带通滤波器过度枝节11的第一带通滤波器中双模腔体5，所述的第一带通滤波器中单模腔体4的外侧和第一带通滤波器中双模腔体5的外侧均配合有第一带通滤波器中膜片6。作为优选的，所述的第二e面椭圆响应滤波器结构包括靠近第二带通滤波器过度枝节10的第二带通滤波器中单模腔体2和远离第二带通滤波器过度枝节10的第二带通滤波器中双模腔体1，所述的第二带通滤波器中单模腔体2的外侧和第二带通滤波器中双模腔体1的外侧均配合有第二带通滤波器中膜片3。
24.采用了纯腔体结构，第一输出波导8、第二输出波导9采用由含有双模谐振腔来构成的椭圆响应腔体滤波器，可使用更少谐振腔数量，具有结构紧凑、插入损耗小的优点，易于e面加工，两通道滤波器（第一e面椭圆响应滤波器结构和第二e面椭圆响应滤波器结构）带外抑制性能好，使得双工器第一输出波导和第二输出波导之间具有较好的隔离度。
25.作为优选的，所述的第一带通滤波器过度枝节11的长度为a，a为第一e面椭圆响应滤波器结构的中心频率所对应的波导长度二分之一的整数倍，所述的第二带通滤波器过度枝节10的长度为b，b为第二e面椭圆响应滤波器结构的中心频率所对应的波导长度二分之一的整数倍。这样使得通往第二输出波导9的频谱在第一输出波导8因为频段不同呈现开路状态不易传输，而对于第二输出波导9的频谱经过第二输出波导9的半波导波长距离b之后依旧可以传输，对于通往第一输出波导8的信号同理，因此采用这种结构的双工器，其双工器隔离度则会进一步提升。
26.作为优选的，该太赫兹双模折叠多工器包括连接在一起的两个对称部分，在两个对称部分上设置有与所述的输入波导7、第一输出波导8以及第二输出波导9的末端配合的法兰盘12。在两个所述的对称部分上设置有方便快速定位的销钉孔13和方便连接的螺钉孔14。在其中一个所述的对称部分的角部设置有凹陷16，另一个对称部分的角部设置有与该凹陷16配合的凸台15。太赫兹波导双工器由上下两个对称部分构成，其中一个对称部分的四个角部有一定高度的凸台15，另一个对称部分的四个角部有一定高度的凹陷16，这样两个对称部分用销钉装配更加紧凑，整体沿着双工器e面中心剖分加工，各个波导口位于同一平面，波导端口有相对应的法兰盘12。
27.作为优选的，采用本技术的太赫兹双工器，其两输出端口呈现直角分布，相较于180度的t型结或y型结这种三端口器件，改变两输出通道路径，使得一个输出端口的回波不容易从另一端口直接泄露，并且调节第一带通滤波器过度枝节11的长度为a为第一e面椭圆响应滤波器结构的中心频率所对应的波导长度二分之一的整数倍，所述的第二带通滤波器过度枝节10的长度为b，b为第二e面椭圆响应滤波器结构的中心频率所对应的波导长度二分之一的整数倍。这样使得通往第二输出波导9的频谱在第一输出波导8因为频段不同呈现开路状态不易传输，而对于第二输出波导9的频谱经过第二输出波导9的半波导波长距离b之后依旧可以传输，对于通往第一输出波导8的信号同理，因此采用这种结构的双工器，其双工器隔离度则会进一步提升；同时第一带通滤波器过度枝节11和第二带通滤波器过度枝节10垂直，直接无需通过插入膜片或者突起结构来调整优化，只需调节两a、b长度来匹配双通道，结构简单，优化以及加工更加方便。
28.对于两路通道的滤波器，采用含有tm与te两种模式双模谐振腔体的椭圆响应滤波器，不仅因为这种滤波器能够进行e面易加工，相对直波导采用更少的腔体使得双工器插损
更小，并且模式由于单腔体双模在输入口与输出口的磁力线相位反向可以产生零点，使得滤波器具有较高频率选择性，当双工双频段靠近时两带通的各自带外不会对互相影响，有利于双工两通道的的隔离度。
29.整体电路结构如图4所示，通过折叠枝节其最终的效果等效于两路通道，以wr-2.8波段双工为例，其性能结果如图5所示，可以看到这种结构在带通相近时仍具有较好的隔离度，较低插损，并且每路通道都具有较高的滤波特性，以及较好的回波特性。
30.如图6所示，在所述的输入波导7和折叠枝节之间增设有第二折叠枝节，该第二折叠枝节连接有第三输出波导17，在所述的第三输出波导17上设置有第三e面椭圆响应滤波器结构。所述的第三e面椭圆响应滤波器结构包括靠近第二折叠枝节的第三带通滤波器中单模腔体19和远离第二折叠枝节的第三带通滤波器中双模腔体20，所述的第三带通滤波器中单模腔体19的外侧和第三带通滤波器中双模腔体20的外侧均配合有第三带通滤波器中膜片18。
31.如图6所示，增加第三输出波导17则成为三工器，太赫兹三工器的第三e面椭圆响应滤波器结构由第三带通滤波器中双模腔体20与第三带通滤波器中单模腔体级联而成，构成五阶带通滤波器。第三带通滤波器中双模腔体20在第三输出波导17上，下阻带各引入一个传输零点。采用普通的单模谐振腔，目的是在设计过程中可以在不改变tz位置的情况下快速恢复每个通道的响应（即在三工器的后续优化中不需要改变双模腔的尺寸），极大地降低设计难度。同时，还可以最小化由高阶模式引起的寄生杂散，从而提高通道之间的隔离度。
32.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。