波导管的制作方法
【专利摘要】一种介电波导管，该介电波导管包括：在其每一端的介电探头，其中，所述介电探头被布置为用于传播能量。
【专利说明】波导管
【技术领域】
[0001]本申请涉及波导管，且具体地，但非排他地涉及低成本的用于亚毫米/太赫兹(sub-mi 11 imetres/Terahertz)应用的介电波导管。
【背景技术】
[0002]波导管是一种不可缺少的广泛用于不同领域(例如无线和有线通讯领域、度量衡领域、传感领域和保安领域)中的技术。特别的，介电波导管已被用在输电线的应用以及在波导管电路中以限制、处理和将光传播到不同的距离。例如，介电波导管被用于在长距离的光纤传输中将光传播数千公里。在另一种应用中，介电波导管被用在集成光电子技术中以用于处理光和将光传播几十或几百微米。
[0003]不同的应用需要使用不同尺寸、形状、材料和形式的介电波导管。对于波导(guided-waves)的亚毫米/太赫兹频率应用，需要小尺寸的波导管电路以满足相关的单模(single-mode)和运行模式(modal-operat1n)条件。然而,小尺寸的波导管的制造,尤其是使用金属材料的波导管的制造，是特别具有挑战性的。另外，用于亚毫米/太赫兹频率应用的金属波导管比较缺乏灵活性并且制造成本高昂。
【发明内容】
[0004]根据本发明的第一方面，提供了一种介电波导管，该介电波导管包括:在其每一端的介电探头，其中，所述介电探头被布置为用于传播能量。
[0005]在第一方面的一个实施方式中，所述介电波导管的芯材或包层或者芯材和包层两者均由聚合材料制成。
[0006]在第一方面的一个实施方式中，所述聚合材料包括热塑性塑料或热塑性材料的组入口 ο
[0007]在第一方面的一个实施方式中，所述聚合材料包括聚乙烯或聚丙烯或者它们的组合中的一种。
[0008]在第一方面的一个实施方式中，所述介电波导管由注塑成型进行制造。
[0009]在第一方面的一个实施方式中，所述介电波导管为单模制造。
[0010]在第一方面的一个实施方式中，所述介电波导管为多模制造。
[0011]在第一方面的一个实施方式中，所述介电波导管为平面波导管。
[0012]在第一方面的一个实施方式中，所述介电探头是锥形的。
[0013]在第一方面的一个实施方式中，所述介电探头是锥形的。
[0014]在第一方面的一个实施方式中，所述介电波导管被布置为在亚毫米或太赫兹(THz)频率下运行。
[0015]在第一方面的一个实施方式中，所述介电探头具有线性锥形的形式。
[0016]在第一方面的一个实施方式中，所述介电探头为电源适配器探头。
[0017]在第一方面的一个实施方式中，所述太赫兹(THz)频率包括大于60GHz的频率。
[0018]在第一方面的一个实施方式中，所述介电波导管具有小于0.5dB/cm的传播损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]现将参照附图并以示例的方式来详细描述本发明的实施方式，其中:
[0020]图1示出了根据本发明的一个实施方式的具有不同尺寸的多个介电波导管；
[0021]图2示出了能够用于制造图1的介电波导管的热塑性材料(聚乙烯和聚丙烯)在不同频率下测定的折射率和吸收系数的曲线图；
[0022]图3示出了用于测量和表征图1的介电波导管的运行特性的具有WR-5和WR-22金属椎体的矢量网络分析仪(PNA-X)测试设备；以及
[0023]图4示出了使用图3的设备测量的在不同频率下图1的介电波导管的运行特性(耦合损耗和传播损耗)的曲线图。
【具体实施方式】
[0024]参照图1，示出了介电波导管的一个实施方式，该介电波导管包括:在其每一端的介电探头，其中，介电探头被布置为用于传播能量。
[0025]在该实施方式中，波导管100是被布置为用于导波的亚毫米/太赫兹频率应用的介电波导管。优选的，波导管100的运行频率大于100GHz。更优选地，波导管100的运行频率大于60GHz。在其它实施方式中，介电波导管100可以被布置为用于其它的频率。
[0026]如图1所示，每个介电波导管100均有一个大体上矩形的部分102和两个线性的锥形端104。在其他实施方式中，两个锥形端104不需要为线性，波段管的部分102不需要为矩形。部分102和锥形端104可以为任何其它形状和形式。在又一些实施方式中，介电波导管100可以不具有锥形端104。
[0027]如图1所示，波导管100的矩形部分102的长度可以为约1mm至约40mm，而每个锥形端104的长度为约32mm。然而，取决于应用，矩形部分102和锥形端104的长度可以延长或缩短。优选地，介电波导管100为具有夹在包层之间的芯材(未示出)的平面波导管。在其它实施方式中，介电波导管100可以为非平面，并且可以具有其它形式。
[0028]如图1所示的介电波导管100由聚合材料制成。具体的，在一些实施方式中，仅仅介电波导管100的芯材或包层是由聚合材料制成的。在一些其它的实施方式中，介电波导管100的芯材和包层均由聚合材料制成。优选地，用于制造介电波导管100的聚合材料包括热塑性塑料或不同热塑性材料的组合。在优选的实施方式中，使用的热塑性材料为聚乙烯、聚丙烯或它们的组合。在如图1所示的实施方式中，介电波导管100为在单模制造中通过注塑成型制造的空气包层(air-clad)聚乙烯芯材波导管。可选地，在一些波段管100包括多种材料或具有复杂结构的实施方式中，可以使用多模制造。
[0029]为了测量聚乙烯和聚丙烯(可被用来制造图1的介电波导管100的材料)的光学性质，使用了脉冲太赫兹时域光谱(THz-TDS)设备(未示出)。对不同厚度的为平板形式的塑料样品进行测量，并将它们的时域传输信号与参考信号(未示出)进行了比较。
[0030]图2示出了在不同频率下测量的聚乙烯和聚丙烯材料的折射率和吸收系数。根据图2的吸收系数曲线，聚乙烯和聚丙烯均成呈现出优良的传输能力，在I太赫兹下吸收系数显著低于lcm-1。另一方面，在整个频带中，聚乙烯比聚丙烯具有稍高的折射率。这说明聚乙烯和聚丙烯特别适合用作介电波导管中的芯材和包层的材料。因此，带着这些固有的传播特性，可以使用不同热塑性材料(例如聚乙烯和聚丙烯)的组合来制造灵活的平面介质电路。
[0031]现参照图3，显示了设置来测量和表征图1的矩形波导管100的运行特性的稳健的矢量网络分析仪(PNA-X)设备300。具有金属矩形波导管接口 302作为I/O端口的PNA-X分析仪300难以与在测试下的介电波导管100有效地连接。为了缓解该问题，通过安装的商用模式变化器将在140GHz到220GHz运行的I/O波导管302从标准WR-05 (1.3mmX 0.65mm)扩大到更大的 WR-22 (5.6mmX 2.8mm)。
[0032]由于分析仪300的金属波导管302和介电矩形波导管100之间的模式分布不同，将在X和y方向均为线性锥形的介电探头104设置在介电波导管100的两端以在较大的频率范围内平稳的传播能量至I/O端口，以及传播来自I/O端口的能量。通过利用注塑成型能够很容易的实现将探头104整合至介电波导管100上，在注塑成型中能够在单个或多个模具中制造复杂的结构。
[0033]图4示出了使用图3的设备在不同频率下测量的图1的矩形聚乙烯波导管100的运行特性。具体的，图4示出了在140GHz至220GHz波段的锥形介电探头104的提取的耦合损耗(extracted coupling loss)和介电波导管100的传播损耗。这些损耗通过涉及传播功率相对于介电波段管长度的曲线(未示出)的y轴截距和斜率来确定。
[0034]由于耦合损耗是因为两次转换，因此，在金属波导管和介电波导管之间每次转变的耦合损耗应该减半。如图4所示，测量的耦合损耗随频率按比例增加。该耦合损耗的增加很可能是因为进入多模(over-moded)介电波导管100的高阶模的不必要的激发。在低于170GHz的频率下，每次转换的耦合损耗可以低至ldB。由于在该测量中仅使用了线性锥形探头104，本领域技术人员能够预期，当使用设计为具有不同形状和形式的优化探头时，耦合损耗能够进一步降低。图1的介电波导管100的传播损耗在整个频带中为低于0.5dB/cm。该结果媲美或优于其它波导管平台的报告结果。
[0035]本申请的实施方式的不同之处在于，热塑性的介电波导管通过注塑成型进行制造并且制造出来的介电波导管具有较低的传播损耗。通过利用注塑成型以制造热塑性的介电波导管，可以相对轻松地冲出高度细微的结构，且成本相对较低。因此，本发明的介电波导管可以更低成本大量地生产。另一方面，可以使用不同的热塑性材料和混合聚合物以制造介电波导管。这些不同的材料很有可能提供给波导管电路有价值的新功能。总之，根据本发明，这些因素一起展现了多功能且低成本的太赫兹(THz)波导管电路平台。
[0036]本领域技术人员能够理解的是，根据【具体实施方式】，在不背离以上描述的本发明的精神和范围的情况下，能够对本发明做出多种改变和/或变型。因此，本发明的实施方式仅为举例说明，而并非限制。
[0037]除非特别说明，否则本文中包括的任何现有技术的参考不作为公知常识。
【权利要求】
1.一种介电波导管,包括:在其每一端的介电探头，其中，所述介电探头被布置为用于传播能量。
2.根据权利要求1所述的介电波导管，其中，所述介电波导管的芯材或包层或者芯材和包层两者均由聚合材料制成。
3.根据权利要求2所述的介电波导管，其中，所述聚合材料包括热塑性塑料或热塑性材料的组合。
4.根据权利要求3所述的介电波导管，其中，所述聚合材料包括聚乙烯或聚丙烯或者它们的组合中的一种。
5.根据权利要求2所述的介电波导管，其中，所述介电波导管由注塑成型制造。
6.根据权利要求5所述的介电波导管，其中，所述介电波导管为单模制造。
7.根据权利要求5所述的介电波导管，其中，所述介电波导管为多模制造。
8.根据权利要求1所述的介电波导管，其中，所述介电波导管为平面波导管。
9.根据权利要求1所述的介电波导管，其中，所述介电探头是锥形的。
10.根据权利要求9所述的介电波导管，其中，所述介电波导管在亚毫米或太赫兹THz的频率下运行。
11.根据权利要求9所述的介电波导管，其中，所述介电探头具有线性锥形的形式。
12.根据权利要求11所述的介电波导管，其中，所述介电波导管在亚毫米或太赫兹THz的频率下运行。
13.根据权利要求1所述的介电波导管，其中，所述介电探头为电源适配器探头。
14.根据权利要求13所述的介电波导管，其中，所述介电波导管在亚毫米或太赫兹THz的频率下运行。
15.根据权利要求1所述的介电波导管，其中，所述介电波导管在亚毫米或太赫兹THz的频率下运行。
16.根据权利要求15所述的介电波导管，其中，所述太赫兹THz频率包括大于60千兆赫GHz的频率。
17.根据权利要求16所述的介电波导管，其中，所述介电波导管具有小于0.5dB/cm的传播损耗。
【文档编号】H01P3/12GK104282974SQ201410267268
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】朱世德, 徐秉源, 周鹏, 潘裕斌 申请人:香港城市大学