太赫兹频段同轴线波导锥形g线射频传输装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够广泛应用于太赫兹成像和信号发射的射频传输装置。
【背景技术】
[0002]频率0.1?10.0THz范围内的电磁波被称为太赫兹波。介于毫米波频段与红外线频段之间太赫兹频段电磁波频段属于远红外波段，具有波长短、方向性好、光子能量低、高穿透性等独特性质，太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查，以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。由于THz波所处的特殊位置，它有很多优越的特性和非常重要的学术研究和应用价值，使得世界各国都给予极大的关注，因此太赫兹技术逐渐成为国际研究的热点。它在物理、化学、天文学、生命科学和医学等基础研究领域，太赫兹的应用除了太赫兹信号源，还必须解决太赫兹信号的传输问题。传输线的研究对于太赫兹(THz)技术的发展非常重要，它可以有效地对太赫兹信号进行传输，降低信号的传输损耗。太赫兹波表现出一系列不同于其它电磁辐射的特殊性质:穿透能力强、光子能量低、可得到高分辨率的清晰图像、可进行时间分辨的光谱测量等。但有太赫兹辐射源在输出频率可调性及输出功率方面存在的局限性和太赫兹物体成像以及高功率发射需要在射频输出端具有很强的能量耦合的问题，由于水汽对THz波的强烈吸收，研究适用于不同应用需求的太赫兹波导成为急需，然而当前缺乏合适的导波材料和结构是制约太赫兹技术发展的重要原因。
[0003]如何对电磁场进行有效地约束以及进行低损传输是太赫兹导波结构研究的重要问题。目前人们已经提出了一些太赫兹导波结构。Goubau线是由Goubau提出来的一种表面波导波结构。它是在柱形金属线导波结构的基础上，通过在金属表面增加一层介质而构成的。在太赫兹低频段(0.1-0.5THz), Goubau线能实现低损耗传输，传输损耗为0.1-2.lm \外介质层能够有效地对金属所反射的电磁能量进行束缚，柱形G线的场约束能力相比于金属线导波结构得到了明显的增强。
[0004]在太赫兹频段，物体成像以及高功率发射通常需要在输出端具有很强的能量耦合特性，为了增强能量聚集特性，本发明对柱形G线进行改进，并采用同轴线波导进行射频信号输入，提出了一种新型的太赫兹同轴线波导一锥形G线射频传输装置，能够实现超强能量聚集特性。
【发明内容】
[0005]本发明目的是针对现有太赫兹辐射源在输出功率方面的局限性和当前太赫兹物体成像以及高功率发射需要在射频输出端具有很强的能量耦合的问题，提供一种结构简单，易于加工实现，工作频带宽的新型的太赫兹频段同轴线波导一锥形G线射频传输装置。该射频传输装置能够实现超强能量聚集特性，从而提高太赫兹信号的发射与接收的效率，特别是能够适用于整个0.ΙΤΗζ?0.5THz太赫兹频段。
[0006]本发明的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种太赫兹频段同轴线波导锥形G线射频传输装置，包括同轴线波导1和锥形G线3，其特征在于:同轴线波导1从内到外设有金属区域4、介质区域5和同轴线波导外部金属层6，该同轴同轴线波导1通过一段变形锥形G线过渡结构2过渡互连锥形G线3，外部射频信号通过同轴线波导1尾端介质区域5对锥形G线3进行射频能量输入，从锥形G线3的尖端部位进行信号输出。
[0007]本发明具有如下有益效果:
结构简单，易于加工。本发明以同轴线波导作为射频信号输入，通过一段变形锥形G线过渡结构过渡结构与锥形G线进行互连，从而输出射频信号。而同轴线波导的使用，可以更方便的与外部进行连接。相对于共面波导、平板波导、介质光纤等导波结构，同轴线波导和锥形G线的结构形式就具有非常明显的优势，它们的结构更为简单，而且相比之下尺寸更大，这样就更易于加工实现，从而解决了现有太赫兹导波结构制造工艺要求高，实际应用较困难，难于加工等问题。
[0008]电磁能量耦合强度高。本发明同轴同轴线波导1通过一段变形锥形G线过渡结构2过渡互连锥形G线3，外部射频信号通过同轴线波导1尾端介质区域5对锥形G线3进行射频能量输入，从锥形G线3的尖端部位进行信号输出，将太赫兹信号的能量有效地耦合于介质层区域，降低了太赫兹信号在外部空间中的辐射损耗，在锥形G线尖端部位具有超强能量聚集特性，从而实现高效耦合，提高太赫兹信号的发射与接收的效率，这是现有的柱形G线很难实现的。相比于柱形G线，锥形G线在周围存在很少的辐射场，将大部分电磁能量聚集在波导内部，能够在尖端输出部位实现更强的能量耦合。
[0009]本发明外部射频信号采用同轴线波导1对锥形G线3进行射频能量输入，然后从锥形G线的尖端部位进行信号输出。对于不同尺寸的同轴线波导和锥形G线，可以在两者之间增加一段变形锥形G线过渡结构2来进行过渡互连。由于该锥形G线传播的是表面波，电磁场能量在金属表面进行传播，电磁能量被外部介质层所束缚，因此在尖端输出部位，电磁能量具有超强耦合特性。
[0010]本发明太赫兹频段同轴线波导锥形G线射频传输装置，实现超强能量聚集特性，特别适用于0.ΙΤΗζ?0.5THz太赫兹频段，太赫兹成像，并能有效增强信号发射功率、耦合强度可调的太赫兹频段的射频传输装置。
【附图说明】
[0011]图1是本发明所述太赫兹频段同轴线波导一锥形G线射频传输装置的分解示意图。
[0012]图中:1同轴线波导，2变形锥形G线过渡结构，3锥形G线。4内部金属区域，5介质区域，6同轴线波导同轴线波导外部金属层。
[0013]
【具体实施方式】
[0014]参阅图1。在以下描述的实施例中，太赫兹频段同轴线波导锥形G线射频传输装置包括，同轴线波导1和锥形G线3。所述同轴线波导1从内到外设有金属区域4、介质区域5和同轴线波导外部金属层6，该同轴同轴线波导1通过一段变形锥形G线过渡结构2过渡互连锥形G线3，外部射频信号通过同轴线波导1尾端的介质区域5对锥形G线3进行射频能量输入，从锥形G线3的尖端部位进行信号输出。变形锥形G线过渡结构2大端对接固联锥形G线3大端，变形锥形G线过渡结构2的小端对接固联在同轴线波导外部金属层6的端面上。外部射频信号采用同轴线波导1对锥形G线3进行能量输入，然后从尖端部位进行信号输出，对于不同尺寸的同轴线波导和锥形G线，可以在两者之间增加一段变形锥形G线过渡结构2来进行过渡互连。由于锥形G线传播的是表面波，电磁场能量在金属表面进行传播，电磁能量被外部介质层所束缚，因此在尖端输出部位，电磁能量具有强耦合作用。本发明能改善太赫兹成像质量和增强信号发射功率。
[0015]本发明具体实施可采用以下步骤:
首先根据太赫兹电路频段要求，确定频率通带，选择合适的外层介质材料，利用微波电路计算机辅助软件，建立图1的导波结构，设定所需的传输特性设计目标，通过软件的优化设计程序，从而确定各单元传输线参数。
【主权项】
1.一种太赫兹频段同轴线波导锥形G线射频传输装置，包括同轴线波导(1)和锥形G线(3)，其特征在于:同轴线波导⑴从内到外设有金属区域(4)、介质区域(5)和同轴线波导外部金属层(6)，该同轴同轴线波导(1)通过一段变形锥形G线过渡结构(2)过渡互连锥形G线(3)，外部射频信号通过同轴线波导(1)对锥形G线(3)进行射频能量输入，从锥形G线(3)的尖端部位进行信号输出。2.如权利要求1所述的太赫兹频段同轴线波导锥形G线射频传输装置，其特征在于:变形锥形G线过渡结构(2)大端对接固联锥形G线(3)大端，变形锥形G线过渡结构(2)的小端对接固联在同轴线波导外部金属层(6)的端面上。
【专利摘要】本发明提出的一种太赫兹频段同轴线波导锥形G线射频传输装置，旨在提供一种结构简单，易加工，能够实现超强能量聚集特性，并能改善太赫兹成像质量和增强信号发射功率的射频传输装置。本发明通过下述方案予以实现：同轴线波导(1)从内到外设有金属区域(4)、介质区域(5)和同轴线波导外部金属层(6)，该同轴线波导(1)通过一段变形锥形G线过渡结构(2)过渡互连锥形G线(3)，外部射频信号通过同轴线波导(1)尾端金属区域(4)对锥形G线(3)进行射频能量输入，从锥形G线(3)的尖端部位进行信号输出。本发明解决了现有技术太赫兹导波结构制造工艺要求高，实际应用较困难，难于加工等问题。
【IPC分类】H04B1/40, H01P3/06
【公开号】CN105406160
【申请号】CN201510786557
【发明人】王志辉
【申请人】中国电子科技集团公司第十研究所
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月16日