用于对极化波进行复用或解复用的设备的制作方法

本发明涉及对用于在介质波导电缆中传输的极化信号进行复用和解复用。

背景技术：

1、在介质波导(dielectric waveguide，dwg)电缆(也称为聚合物微波光纤(polymermicrowave fibre，pmf))上进行通信是中距离应用中用于填补铜链路与光学高速数据链路之间性能差距的选择之一。毫米波收发器芯片(30ghz-300 ghz频率)、小型天线和廉价塑料光纤的组合为各种应用提供了稳健、性价比高和低重量的高速通信链路。与铜相比，介质波导损耗更低，能够实现更高的带宽。与光纤相比，介质波导是一种更便宜、更具机械稳健性的技术。参见maxime de wit；simon ooms；bart philippe；yang zhang；patrickreynaert；“聚合物微波光纤：融合有线、光和无线通信的新方法(polymer microwavefibers:a new approach that blends wireline,optical,and wirelesscommunication)”；ieee微波杂志；2020年第21/1卷。

2、与其它通信技术一样，聚合物微波光纤(polymer microwave fiber，pmf)通信可以建立在多个正交传输信道上，以提高数据吞吐量或支持双工通信。在单个pmf中，正交传输信道可以通过pmf的光模式(例如基本模式)的两种极化来实现。具有相互正交极化的两个信号也称为空间正交信号。为了实现这种极化分集，需要正交模转换器(orthomodetransducer，omt)。omt是一种具有三个物理端口的波导极化器设备。在本技术领域的上下文中，术语“端口”是指波导的横截面，或波导的分支的横截面。在本发明中，光学元件的横截面(例如波导的横截面或波导的分支的横截面)被理解为垂直于波(或信号)在光学元件中传播的主传播方向的截面(即切口)，即垂直于光学元件的光轴的切口。端口不一定位于波导的端部。omt的功能是同时分离或组合同一频段内的两个空间正交信号。omt也称为正交模结、极化双工器或双模转换器。

3、用于pmf通信的现有omt通常是双极化耦合器(天线)设计。这类设计通过耦合器几何形状实现极化选择性耦合。例如，这类设计用于贴片天线。参见，例如：

4、meyer a.、schneider m.，“用于毫米波应用的从pcb到圆形介质波导的宽带双极化过渡的稳健设计(robust design of a broadband dual-polarized transition frompcb to circular dielectric waveguide for mm-wave applications)”；国际微波和无线技术杂志12，559-566，2020年；

5、u.dey和j.hesselbarth，“使用塑料线在单模式和双模式下工作的毫米波芯片到芯片互连(millimeter-wave chip-to-chip interconnect using plastic wireoperating in single and dual mode)”，2018年ieee/mtt-s国际微波研讨会-ims，2018年；

6、yu b、ye y、ding x、liu y、xu z、liu x和gu qj“用于平面芯片到芯片通信的正交模亚太赫兹互连信道(ortho-mode sub-thz interconnect channel for planar chip-to-chip communications)”ieee微波理论与技术学报，66，1864-1873，2018。

7、这种基于几何形状的耦合器有四个主要缺点。首先，双极化耦合器设计通常具有复杂、笨重的形状。难以集成到印刷电路板或芯片封装中。其次，激发单独极化具有挑战性。为了支持双极化，耦合器设计会损害单独极化的性能。第三，耦合效率依赖于耦合器结构的制造重复性来实现良好的隔离。第四，当衬底、频段或带宽发生变化时，需要重新设计耦合器结构。

8、现有的pmf omt耦合器设计以各种方式实现正交传输信道。在一个示例中，pmfomt利用堆叠的贴片耦合器拓扑实现极化选择性。如果使用多模dwg，微带线与圆形介质波导之间的过渡可以通过dwg端口结构实现，该结构充当高阶模滤波器。此设计没有极化相关功能。极化选择性仅通过耦合器设计的几何形状实现。在另一个示例中，pmf omt利用寄生贴片拓扑、介质球和金属孔的组合实现极化选择性。同样，极化选择性仅通过耦合器设计的几何形状实现。在又一个示例中，pmf omt使用差分探头拓扑实现极化选择性。同样，极化选择性仅通过耦合器设计的几何形状来实现。

9、在上述基于耦合器设计的方法的替代方法中，电磁组件与天线(例如，以贴片或探头的形式)之间的接口的配置赋予极化波的正交传输信道，使用金属波导创建了omt孔。该设计特别涉及两个金属波导之间的极化选择性耦合接口。极化选择性耦合接口用于使水平极化信号可以在两个波导的第一线性传播路径与第二线性传播路径之间通过，但防止垂直极化信号在第一线性传播路径与第二线性传播路径之间通过。结果是在两个不同的金属波导之间的垂直平面的接口上实现极化选择性。

10、上述所有omt设计都依赖于为双极化设计耦合器本身。即，复用信号的交叉形状是由物理交叉的天线形成的。

11、希望开发一种omt，该omt可以向介质波导电缆提供双极化波，同时避免连接器与pmf之间出现额外的耦合损耗，具有机械稳健性，具有高耦合效率，并且灵活，使得在一系列衬底、频带和带宽上使用时，需要对设计进行的修改降到最低。

技术实现思路

1、根据一个方面，提供了一种介质波导，用于使电磁波的两个正交极化分量在空间上相互分离，或通过在空间上组合两个线性极化电磁波来形成具有两个正交极化分量的电磁波，所述介质波导包括用于承载第一线性极化波的第一分支和用于承载第二线性极化波的第二分支，所述介质波导具有双极化端口，所述双极化端口包括部分重叠的第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域分别是所述第一分支的横截面和所述第二分支的横截面。词语“端口”是指波导的横截面或波导分支的横截面。显然，端口可以是波导端部处的横截面。波导的一部分的横截面被理解为垂直于电磁波在波导的相应部分中的主传播方向。换句话说，横截面是相应部分的横向平面(而不是纵向平面)中的切口。波导提供了一种简单有效的复用或解复用电磁波的方法。

2、双极化端口可以具有c4对称性。双极化端口可以具有d4对称性。波导对称性支持电磁波为高度对称的特性，并可改善波导的传输特性。d4对称性具有额外的优点，即双极化端口可以具有两个正交反射轴，因此，在这两个轴中的任何一个轴的几何反射下，波可以是对称的(即不变的)。

3、第一分支和第二分支可以各自具有细长的(例如矩形、卵形或椭圆形)横截面。细长的横截面有助于携带第一极化分量和排斥与第一极化分量正交的第二极化分量。

4、第一分支和第二分支可以在空间上逐渐相互分离。这有助于最大限度地减少对波进行解复用时波的失真和损耗。

5、第一分支的横截面和第二分支的横截面中的至少一个横截面可以在空间上逐渐旋转。因此，当波在相应的分支中传播时，第一分支中波的极化矢量和/或第二分支中波的极化矢量在空间中逐渐旋转。在一个实施例中，当两个波在两个分支中传播时，第一分支的极化矢量和第二分支的极化矢量相对于彼此旋转，从而最大限度地减少失真和损耗，同时在双极化端口中实现正交极化，并且例如在远离双极化端口的位置处的两个分支中实现平行极化。

6、第一分支和第二分支可以在穿过双极化端口的平面的反射下相互对称。因此，两个极化分量可以对称地传播，并且如损耗、色散和极化等特性可以在两个分支中保持相似。

7、第一分支的端口和第二分支的端口可以在空间上分离。这有助于电磁波的两个正交极化分量完全分离。它还有助于将波导连接到两个空间上分离的设备，每个分量使用一个设备。

8、第一分支的端口和第二分支的端口可以是一致的，并且具有相同的取向。因此，两个端口可以特别适合于接收或发送具有相同极化的两个波。在这种情况下，“一致”是指大小和形状相同。

9、第一分支的端口的最长轴线和第二分支的端口的最长轴线可以相互平行取向。

10、第一分支的端口的最长轴线和第二分支的端口的最长轴线可以相互正交取向。

11、第一分支的端口和第二分支的端口可以部分重叠，不相互平行。

12、第一分支和第二分支的端口可以采用各种相对配置。每种配置在损耗和色散方面都可能有自己的特性。

13、介质波导可以由聚合物材料制成。

14、根据另一个方面，提供了一种引导电磁波的方法，包括将波注入如权利要求1所述的介质波导中。两个正交极化分量可以在双极化端口处以相反的方向传播。两个正交极化分量可以在双极化端口处以相同的方向传播。