一种基于间隙波导的太赫兹宽带合路器的制作方法

1.本发明属于微电子机械制造的技术领域，尤其涉及一种基于间隙波导的太赫兹宽带合路器。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.太赫兹倍频技术是实现太赫兹源的重要技术途径，也是当前国际上太赫兹源的研究热点，然而现阶段太赫兹倍频源器件输出信号频率范围局限于单一波导频段，工作带宽备受限制，难以满足太赫兹系统日益发展的宽带需求，为解决上述问题需要相邻频段的倍频器件进行合路实现频段拼接，拓展工作带宽；此外，太赫兹宽带系统中频段使用密集，为避免资源浪费，对相邻或间隔的不同频段太赫兹信号传输同样存在合路需求。基于上述背景条件，提出了一种基于间隙波导的太赫兹宽带合路器。
4.现有的合路器主要分为微带结构的合路器、介质结构的合路器及波导结构的合路器，然而在微带结构的合路器具有易加工、体积小、频带宽的优势，但是随着工作频率的升高，其损耗较大、承受功率较小；介质结构的合路器具有较低的差损，良好的温度特性，结构紧凑，但是备受加工工艺与成本限制；对于现有波导结构的合路器，承受功率大，性能较好，但是工作带宽受限。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于间隙波导的太赫兹宽带合路器。
6.根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于间隙波导的太赫兹宽带合路器，包括：第一标准波导端口，第二标准波导端口，第三合路端口，三个基于波导窄边高度渐变匹配过渡结构，两个输入脊波导渐变过渡结构，低通滤波结构，合路间隙波导结构以及合路脊波导渐变过渡结构；
8.第一标准波导端口通过第一匹配过渡结构连接第一脊波导渐变过渡结构，然后连接低通滤波结构；低通滤波结构的末端连接合路间隙波导结构，合路间隙波导结构的末端连接合路脊波导渐变过渡结构，合路脊波导渐变过渡结构的末端通过第三匹配过渡结构连接用于输出太赫兹信号的第三合路端口；
9.第二标准波导端口通过第二匹配过渡结构连接第二脊波导渐变过渡结构，第二脊波导渐变过渡结构的末端连接合路间隙波导结构的输入端。
10.进一步的，第一脊波导渐变过渡结构和合路脊波导渐变过渡结构的两侧对称设置吸收体。
11.进一步的，所述吸收体结构为矩形立方体结构，用于抑制寄生模式的产生。
12.进一步的，所述低通滤波结构为基于间隙波导的高低阻抗低通滤波结构。
13.进一步的，所述的第一匹配过渡结构、第一脊波导渐变过渡结构，低通滤波结构、合路间隙波导结构，合路脊波导渐变过渡结构以及第三匹配过渡结构同轴线设置。
14.进一步的，所述的第二匹配过渡结构以及第二脊波导渐变过渡结构同轴线设置。
15.进一步的，第一匹配过渡结构、第二匹配过渡结构以及第三匹配过渡结构均基于标准矩形波导窄边高度渐变过渡而成。
16.进一步的，所述第二匹配过渡结构同时作为高通滤波器，实现高频信号输入低频信号截至的作用。
17.进一步的，标准矩形波导端口与间隙波导端口的过渡形式分别采用了基于矩形波导窄边高度渐变过渡形式与基于脊波导渐变过渡方式。
18.进一步的，所述第一标准波导端口用于输入太赫兹低频信号，第二标准波导端口用于输入太赫兹高频信号，第三合路端口用于输出太赫兹合路信号。
19.以上技术方案存在以下有益效果：
20.(1)本发明利用间隙波导作为太赫兹宽带合路器整体传输结构，基于间隙波导设计了具有低通特性的高低阻抗滤波结构，同时采用矩形波导结构作为高通滤波结构，上述两部分分别用作太赫兹低频信号与高频信号的传输结构。对于合路后的太赫兹信号则利用具有宽带传输特性的间隙波导作为传输结构，本发明提供的合路器具有工作频段宽、低损耗、易加工的优势，能够有效满足太赫兹系统合路的需求。
21.(2)本发明基于间隙波导设计滤波结构，实施例中采用高低阻抗滤波结构，但不限于该结构方式，包括带隙滤波结构等其他基于间隙波导的滤波结构。
22.(3)本发明采用矩形波导结构作为太赫兹合路器中高通滤波结构，实现高频信号输入低频信号截至的作用。
23.(4)本发明为了方便测试以及便于标准波导器件进行连接，通过基于矩形波导窄边高度渐变匹配过渡以及基于脊波导渐变过渡相结合的方式，实现间隙波导与标准矩形波导的过渡转换。
24.(5)本发明为了抑制寄生模式的产生，增加矩形立方体吸收体，避免工作频段内出现谐振峰。
25.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
26.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
27.图1为实施例1的一种基于间隙波导的太赫兹宽带合路器的结构示意图。
28.图2为实施例1的s参数仿真结果图。
29.图中，1、基于波导窄边高度渐变的第一匹配过渡结构，2、第一脊波导渐变过渡结构，3、低通滤波结构，4、合路间隙波导结构，5、合路脊波导渐变过渡结构，6、基于波导窄边高度渐变的第三匹配过渡结构，7、基于波导窄边高度渐变的第二匹配过渡结构，8、第二脊波导渐变过渡结构，9、吸收体。
具体实施方式
30.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
31.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
33.实施例一
34.本发明的目的是解决太赫兹合路器工作频率范围窄、加工难度大、传输损耗大的技术难题，提供一种高性能基于间隙波导的太赫兹宽带合路器，满足太赫兹系统发展所需的宽带传输需求。
35.如图1所示，一种基于间隙波导的太赫兹宽带合路器，包括：用于输入太赫兹低频信号的第一标准波导端口，用于输入太赫兹高频信号的第二标准波导端口，用于输出太赫兹合路信号的第三合路端口，三个基于波导窄边高度渐变匹配过渡结构，两个输入脊波导渐变过渡结构，低通滤波结构3，合路间隙波导结构4，以及合路脊波导渐变过渡结构5；
36.第一标准波导端口通过第一匹配过渡结构1连接第一输入脊波导渐变过渡结构2，然后连接低通滤波结构3；低通滤波结构的末端连接合路间隙波导结构4，合路间隙波导结构4的末端连接合路脊波导渐变过渡结构5，合路脊波导渐变过渡结构5的末端通过第三匹配过渡结构6连接用于输出太赫兹信号的第三合路端口；
37.第二标准波导端口通过第二匹配过渡结构7连接第二输入脊波导渐变过渡结构8，第二输入脊波导渐变过渡结构的末端连接合路间隙波导结构4的输入端；
38.第一脊波导渐变过渡结构和合路脊波导渐变过渡结构的两侧对称设置吸收体9，吸收体9结构为矩形立方体结构，用于抑制寄生模式的产生。
39.所述低通滤波结构3为基于间隙波导的高低阻抗低通滤波结构或者带隙滤波结构。
40.所述的第一匹配过渡结构1、第一脊波导渐变过渡结构2，低通滤波结构3、合路间隙波导结构4，合路脊波导渐变过渡结构5以及第三匹配过渡结构6同轴线设置；所述的第二匹配过渡结构7以及第二脊波导渐变过渡结构8同轴线设置。第一匹配过渡结构1、第二匹配过渡结构7以及第三匹配过渡结构6均基于标准矩形波导窄边高度渐变过渡而成。
41.标准矩形波导端口与间隙波导端口的过渡形式同时采用了基于矩形波导窄边高度渐变过渡形式与基于脊波导渐变过渡方式，用于宽带实现模式转换以及阻抗匹配。
42.太赫兹低频信号由第一标准波导端口输入，依次经过第一匹配过渡部分1、第一脊波导渐变过渡部分2传输至基于间隙波导的高低阻抗低通滤波结构3，此时太赫兹低频信号的工作模式由te
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逐渐转换为准tem模式，然后，太赫兹低频信号沿着合路间隙波导结构4经过合路脊波导渐变过渡结构5继续向合路端口方向传输。低通滤波结构3和间隙波导4两侧的正方体结构是间隙波导一部分，主要是抑制电磁波向两侧输出。
43.太赫兹高频信号由第二波导端口经过第二匹配过渡结构7、第二脊波导渐变过渡
结构8汇聚至合路间隙波导结构4处，同样沿着合路间隙波导结构4经过合路脊波导渐变过渡结构5继续向第三合路端口方向传输。
44.由第一波导端口输入的太赫兹低频信号传输至合路间隙波导结构4处，由于第二匹配过渡结构是基于标准矩形波导窄边高度渐变形成，因此同标准矩形波导结构一样具有高通滤波特性，将抑制太赫兹低频信号由第二波导端口输出，因此第一波导端口输入的太赫兹低频信号将经过合路传输结构由第三合路端口输出；
45.同理，由第二波导端口输入的太赫兹高频信号，传输至合路间隙波导结构4处，由于基于间隙波导的高低阻抗低通滤波结构3具有低通滤波特性，将抑制太赫兹高频信号向第一波导端口输出，因此第二波导端口输入的太赫兹高频信号同样将由合路传输结构由第三合路端口输出。
46.如图2所示，在本实例中，设计了一种0.11thz-0.17thz与0.22thz-0.26thz两波导波段的基于间隙波导的太赫兹宽带合路器，由仿真结果可以看出s
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在0.11thz-0.17thz范围内与s
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在0.22thz-0.26thz范围内均为-1db左右，表明端口1至端口3与端口2至端口3具有良好的传输特性，同时s
21
与s
12
均小于-10db，表明端口1与端口2具有良好的隔离效果。
47.本发明通过提出一种基于间隙波导的太赫兹宽带合路器设计，基于间隙波导传输结构利用高低阻抗变换结构的低通滤波特性结合矩形波导的高通滤波特性实现了一种宽带太赫兹合路器设计。与现有技术相比，能够有效拓展太赫兹合路器的工作带宽，同时由于结构基于间隙波导传输结构设计能够进行开场加工，降低了工艺难度，此外，凭借间隙波导自身结构特点，对于装配要求降低。与此同时，间隙波导具有较好的高频传输特性，采用基于间隙波导结构进行合路器件设计能够有效降低器件传输损耗。
48.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。