太赫兹频段平面互连导波结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种太赫兹新型平面互连导波结构，实现宽带太赫兹信号传输的导波结构，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】
[0002]太赫兹波介于毫米波与红外线之间，在长波段与毫米波重合，而在短波段与红外线重合。具有与其它频段的电磁波不同的性质，它在电磁波频谱中占有很特殊的位置，是电磁频谱中唯一尚未完全开发利用的频段，是一个非常有科学价值的电磁波频段。太赫兹波具有波长短、方向性好、光子能量低、高穿透性等独特性质，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，以及安全检查、无损检测、生物成像、环境监测、食品检验、环境监测、医疗诊断、雷达侦察、卫星通信和天文观测等领域等应用研究领域均有着巨大的科学研究价值。表面波波导这类传输线既可用在波长较长时(如米波)，也可用在相当短的波长(如毫米波)，甚至，可能用到太赫波波段。表面波传输线横向尺寸不大，因而有广泛的实用价值。平板介质波导可以工作在波导的基模模上，在毫米波和太赫兹平面电路上起着非常重要的作用。相比于金属平行板波导，平板介质波导能够更有效地将电磁能量聚集在内部介质区域中进行传输，从而增强波导的能量聚集能力。
[0003]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，这也包括太赫兹平面电路之间的互连。在太赫兹科学的发展过程中，太赫兹传输线的研究是最不可或缺的一部分，是太赫兹频段开发和应用的基础。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。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。
[0004]如何对电磁场进行约束以及进行有效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。在这些结构当中，一些导波结构特别适合实现太赫兹平面电路实现有效互连，但当前太赫兹平面电路之间无法实现有效互连。
[0005]Goubau(G)线是由古鲍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。通过对Goubau线进行变形，形成平面结构，金属导线位于介质基片材料表面，构成平面Goubau线。
【发明内容】
[0006]本发明目的是针对当前太赫兹平面电路之间无法实现有效互连的问题，提供一种结构简单，易于加工，耦合强度高，工作频带宽的太赫兹平面过渡导波结构。该导波结构能够使多个太赫兹平面电路之间实现有效、低损的射频信号传输，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0.1THz?0.5THz太赫兹频段。
[0007]本发明的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种太赫兹频段平面互连导波结构，包括平板介质导波结构1和平面Goubau线3，其特征在于:平板介质导波结构1以平板介质波导为端口作为射频信号输入，端口通过平面锥形渐变过渡结构2 —段锥形渐变过渡连接平面Goubau线，其中平板介质导波结构、平面锥形渐变过渡导波结构和平面Goubau线共用中间介质基片。即平板介质导波结构、平面锥形渐变过渡2锥形渐变过渡结构和平面Goubau线共用中间介质基片传输宽带太赫兹信号，实现太赫兹频段平面电路之间的有效互连。
[0008]本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
结构简单，易于加工。本发明以平板介质导波结构作为射频信号输入，通过一段锥形渐变过渡导波结构与平面Goubau线进行互连，从而输出射频信号。而当前太赫兹平面电路一般采用微带结构，平面Goubau线本身的结构形式特别适合与微带进行互连，这就解决了太赫兹信号的传输问题。相对于当前所提出共面波导、平板波导、介质光纤等太赫兹导波结构，平板介质导波结构和平面Goubau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，从而解决了现有单一结构形式的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。
[0009]耦合强度高。本发明在平板介质导波结构、平面锥形渐变过渡结构和平面Goubau线的中间采用共用介质基片实现宽带太赫兹信号传输，通过一段平面和锥形渐变过渡结构连接平面Goubau线输出射频信号，能够将太赫兹信号的能量有效地耦合于内部介质层，获得更强的能量聚集特性，降低了太赫兹信号存在于外部空间的辐射损耗，可以与外部太赫兹平面电路或者天线结构实现高效耦合，提高太赫兹信号的发射与接收的效率。同时，可通过调节平板介质导波结构、锥形渐变过渡结构以及平面Goubau线三者的相对位置以及介质层的厚度，来方便地调谐耦合强度，这是现有的太赫兹导波结构很难实现的。试验结果也表明端口通过一段平面和锥形渐变过渡结构连接平面Goubau线能够在太赫兹频段实现超强能量聚集特性。同时该导波结构在低温下具有很好的传输特性。
[0010]由于Goubau线在太赫兹低频段(0.1_0.5THz)能实现低损耗传输，传输损耗为
0.1-2.lm1。平面Goubau线导波结构将Goubau线由柱形变成矩形结构。当太赫兹波通过平面Goubau线导波结构进行传输时，具有低损耗、宽频段和结构简单等特点。如果将金属导带移至介质层表面，形成了变形平面Goubau线导波结构(Modified planar Goubau line，简称MPGL)，这种导波结构具有更低的太赫兹损耗。这种平面Goubau线与平板介质导波结构进行互连，具有高效率和宽频带的特性。
[0011]本发明特别适用于0.1THz?0.5THz太赫兹频段平面电路之间的有效互连，并且耦合频率与耦合强度可调的太赫兹频段的平面电路传输装置。
【附图说明】
[0012]图1是本发明所述太赫兹频段平面电路互连导波结构主视图。
[0013]图2是图1的俯视图。
[0014]图中:1平板介质导波结构、2锥形渐变过渡结构，3平面Goubau线。
【具体实施方式】
[0015]参阅图1-图2。太赫兹频段的平面过渡导波结构包括:平板介质导波结构1和平面Goubau线3，其中:平板介质导波结构1以平板介质波导为端口作为射频信号输入，端口通过一段平面和锥形渐变过渡结构或鳍线过渡结构，连接平面Goubau线输出射频信号，且平板介质导波结构、平面锥形渐变过渡2锥形渐变过渡结构和平面Goubau线共用中间介质基片传输宽带太赫兹信号，实现太赫兹频段平面电路之间的有效互连。
[0016]平面过渡导波结构可以通过改变介质基片的尺寸，以及平面古鲍Goubau线3表面金属信号导线的宽度来实现低损耗的射频信号传输，从而实现工程应用中的太赫兹平面电路互连。
[0017]平板介质导波结构作为射频信号输入端，它的传输主模与标准矩形波导相同，SP可以与矩形波导相连，也可以与鳍线互连。
[0018]平面锥形渐变过渡2的渐变过渡结构可以采用锥形过渡结构，也可以采用鳍线过渡结构，使两种不同宽度的信号金属导线之间实现有效互连。通过改变该渐变过渡结构的尺寸，调节射频信号的传输损耗。
[0019]平面Goubau线可以直接与多种导波结构形式互连，如共面波导、微带等。通过改变介质基片的厚度和宽度，以及上方信号金属导线的宽度来实现低损耗的射频信号传输。
[0020]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，选择合适的介质基片材料，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。
[0021]本发明应用于太赫兹频段的平面互连导波结构，外部射频信号输入平板介质波导1，通过锥形渐变过渡结构2与平面Goubau线3进行导通，然后输出射频信号至外部电路，实现太赫兹电路之间的平面互连。平板介质波导作为射频信号输入端，即可以与矩形波导相连，也可以与鳍线和微带进行互连；输出端的平面Goubau线也可以直接与多种导波结构形式互连，如共面波导、微带等。本发明解决了工程应用中太赫兹平面电路之间实现互连的难题。
【主权项】
1.一种太赫兹频段平面互连导波结构，包括平板介质导波结构(1)和平面Goubau线(3)，其特征在于:平板介质导波结构(1)以平板介质波导为端口作为射频信号输入，所述端口通过平面锥形渐变过渡结构(2) —段锥形渐变过渡连接平面Goubau线，其中平板介质导波结构、平面锥形渐变过渡导波结构和平面Goubau线共用中间介质基片。2.如权利要求1所述的太赫兹平面互连导波结构，其特征在于:改变介质基片的尺寸，以及平面Goubau线(3)表面金属信号导线的宽度来传输射频信号，从而实现工程应用中的太赫兹平面电路互连。3.如权利要求1所述的太赫兹平板介质导波结构，其特征在于:平板介质导波结构作为射频信号输入端，它的传输主模与标准矩形波导相同。4.如权利要求1所述的太赫兹频段平面互连导波结构，其特征在于:渐变过渡结构采用鳍线过渡结构。5.如权利要求1所述的太赫兹频段平面互连导波结构，其特征在于:平面Goubau线直接与共面波导、微带多种导波结构形式互连。
【专利摘要】本发明提出的一种太赫兹频段的平面过渡导波结构，旨在提供一种结构简单，易加工，能够广泛应用于太赫兹平面电路实现平面互连的导波结构。本发明通过下述方案予以实现：平板介质导波结构(1)以平板介质波导为端口作为射频信号输入，端口通过一段平面和锥形渐变过渡结构连接平面Goubau线输出射频信号，且平板介质导波结构、平面锥形渐变过渡(2)锥形渐变过渡结构和平面Goubau线共用中间介质基片传输宽带太赫兹信号，实现太赫兹频段平面电路之间的有效互连。能够将太赫兹信号的能量有效地耦合于内部介质层，获得更强的能量聚集特性，降低了太赫兹信号存在于外部空间的辐射损耗，可以与外部太赫兹平面电路或者天线结构实现高效耦合。
【IPC分类】H01P3/16
【公开号】CN105428769
【申请号】CN201510786325
【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23日
【申请日】2015年11月16日