CN112928420B - 一种金属凹嵌式太赫兹介质导波结构 - Google Patents

一种金属凹嵌式太赫兹介质导波结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属凹嵌式太赫兹介质导波结构，通过在直径近波长的低介电常数介质圆柱体边缘凹嵌入小尺寸金属表面，调整介质内传播电磁波群时延的起伏，实现小尺寸、易加工、易馈电、结构简单的低色散太赫兹介质导波***。

Description

一种金属凹嵌式太赫兹介质导波结构
技术领域
本发明涉及微波及太赫兹通信领域，尤其涉及一种金属凹嵌式低色散太赫兹介质导波***。
背景技术
太赫兹(sub THz)导波***在雷达、环境监测、生物医学、遥感、超宽带通信等领域受到广泛关注。在通信***中，高色散导波***将对***的调制与解调带来重大影响，提升***复杂度与成本，因此低色散的太赫兹导波***将有利于太赫兹***性能的提升。
在现有的太赫兹导波***中，金属圆波导的色散较大，不利于太赫兹频段低色散使用要求。平行板波导可以获得较低的色散，但是存在整体尺寸大、馈电复杂、不易弯曲等问题。光子晶体波导与圆介质波导都不存在金属结构，在色散方面相比于金属圆波导的色散要低，但是光子晶体存在结构复杂、尺寸大、不易加工等问题；圆介质波导尺寸不大、易加工，但是其色散特性还有待进一步改善。因此基于圆介质波导基础上发明一种尺寸小、易加工，低色散的太赫兹介质波导***具有重要的意义。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种金属凹嵌式太赫兹介质导波结构，实现低色散特性。
技术方案：一种金属凹嵌式太赫兹介质导波结构，包括低介电常数的介质圆柱体，所述介质圆柱体的直径介于0.9-1.2个波长之间，在所述介质圆柱体的表面沿轴向开有空气槽，所述空气槽的深度和宽度远小于介质圆柱体的直径，所述空气槽内侧壁上设有金属层。
进一步的，所述空气槽的数量为一条。
进一步的，所述空气槽的数量为多条，并沿所述介质圆柱体周侧均匀间隔分布。
进一步的，所述空气槽的深度介于0.1-0.25倍的介质圆柱体直径，空气槽的宽度介于0.05-0.1倍介质圆柱体的直径。
有益效果：本发明通过在直径近波长的低介电常数介质圆柱体边缘凹嵌入小尺寸金属表面，调整介质内传播电磁波群时延的起伏，实现小尺寸、易加工、易馈电、结构简单的低色散太赫兹介质导波***。
附图说明
图1为实施例1结构的径向剖面图；
图2为实施例1结构的轴向剖面图；
图3为实施例1结构的群时延仿真图；
图4为实施例2结构的径向剖面图；
图5为实施例2结构的轴向剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
实施例1：
如图1、图2所示，一种金属凹嵌式太赫兹介质导波结构，包括低介电常数的介质圆柱体1，介质圆柱体1的直径介于0.9-1.2个波长之间。在介质圆柱体1的表面沿轴向开有一条空气槽2，空气槽2的深度介于0.1-0.25倍的介质圆柱体直径，空气槽2的宽度介于0.05-0.1倍介质圆柱体的直径，均远小于介质圆柱体的直径。空气槽2内侧壁上设有金属层3。其中，低介电常数即介电常数小于3，例如聚四氟乙烯、聚乙烯等。本发明可以在加工时在介质圆柱体边缘开槽，并在凹槽内侧面上喷溅金属，实现空气槽2以及金属层3的制备。
本发明的金属凹嵌式太赫兹介质导波结构的直径接近一个波长，凹嵌式金属深度远小于波长，工作模式不再是标准的HE11模式，但是场分布接近于HE11模式，可以称为准HE11模式，可以通过金属圆波导的TE11模激励，并可获得较宽的工作带宽。信号在传输***中沿轴向传输，通过引入凹嵌式金属可以减少电场的纵向分量，并将均匀分布的电场聚集于金属底部，并呈左右对称分布，因此频带内群时延较为平坦，整体导波结构获得低色散工作特性。
本实施例的太赫兹介质导波结构，其直径为3mm，如图3所示，工作频段可覆盖127.5-152.5 GHz，在整个工作频段内群时延最大波动与频宽的比值为0.084 ps/GHz/m，表明该导波***色散较低。
实施例2：
如图4、图5所示，与实施例1在结构上的区别仅在于，空气槽2的数量为多条，并沿介质圆柱体1周侧均匀间隔分布。本实施例中空气槽2的数量为四条，各空气槽2的内壁上均镶嵌有金属层。其工作机制与实施例1的单金属凹嵌型太赫兹介质导波机构相同，依然是准HE11模式，但是区别在于电场沿横截面斜对角对称，在色散特性上与实施例1基本相同，但是弯曲时张力均匀，不受特定方向弯曲的限制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种金属凹嵌式太赫兹介质导波结构，其特征在于，包括低介电常数的介质圆柱体（1），所述介质圆柱体（1）的直径介于0.9-1.2个波长之间，在所述介质圆柱体（1）的表面沿轴向开有空气槽（2），所述空气槽（2）的深度介于0.1-0.25倍的介质圆柱体直径，空气槽（2）的宽度介于0.05-0.1倍介质圆柱体的直径，所述空气槽（2）内侧壁上设有金属层（3）；所述空气槽（2）的数量为一条；信号沿轴向传输，通过凹嵌式金属减少电场的纵向分量，并将均匀分布的电场聚集于金属底部，并呈左右对称分布。
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