一种基于sagnac环的四端口平面滤波装置

1.本实用新型涉及一种滤波装置，具体是提供一种基于sagnac环的四端口平面滤波装置。


背景技术：

2.在现代无线通信技快速发展的今天，信息传输越来越关键，高效而又方便接收信号与准确识别信号变得至关重要。太赫兹(thz)波是指频率在0.1～10thz(波长为3000～30μm)范围内的电磁波，在长波段与毫米波相重合，在短波段与红外光相重合，是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光子学的过渡区，称为电磁波谱的“太赫兹空隙(thz gap)”。
3.太赫兹(thz)波的波段能够覆盖半导体、等离子体，有机体和生物大分子等物质的特征谱；利用该频段可以加深和拓展人类对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识。thz技术可广泛应用于雷达、遥感、国土安全与反恐、高保密的数据通讯与传输、大气与环境监测、实时生物信息提取以及医学诊断等领域。因此，thz研究对国民经济和国家安全有重大的应用价值。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种基于sagnac环的四端口平面滤波装置，能量为p的太赫兹波进入该滤波装置第一端口，首先进入第一sagnac环的第一定向耦合单元，入射太赫兹波能量将分为两个部分p1和p2，p1直接进入第二sagnac环，首先通过第二sagnac环的第四定向耦合单元将能量分为p13和p14两部分，其中p13将从第三端口输出，p14将经由第四定向耦合单元上主信号线的输出端进入其连接的半圆形波导，然后进入第三定向耦合单元，第三定向耦合单元将p14能量分为p143和p144两部分，其中p143经由第三定向耦合单元上耦合信号线的输出端进入其连接的半圆形波导，然后从第三端口输出，而p144将从第四端口输出，p2进入经由第一定向耦合单元上耦合信号线的输入端进入与其连接的半圆形波导，然后进入第二定向耦合单元，第二定向耦合单元将p1分为p22和p24两部分的能量，其中p22将从第二端口输出，p24将进入第三定向耦合单元，因此，从第二端口输出为p22，第三端口输出的为p13和p143二者能量的叠加，第四端口输出的为p144和p24二者能量的叠加，对于第三端口而言，由于p13和p143电磁波所传播的路径不一样，带来了相位差，该相位差同时也和频率有关。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种基于sagnac环的四端口平面滤波装置，滤波装置包括h型波导，所述h型波导包括对称分布的导电金属板，导电金属板之间设有介质波导，导电金属板与介质波导组合形成h型结构。
7.所述介质波导包括第一sagnac环和第二sagnac环。
8.所述第一sagnac环包括第一定向耦合单元和第二定向耦合单元，第二sagnac环包
括第三定向耦合单元和第四定向耦合单元，第二定向耦合单元和第一定向耦合单元之间垂直分布，第三定向耦合单元和第四定向耦合单元之间垂直分布。
9.进一步的，所述第一定向耦合单元、第二定向耦合单元、第三定向耦合单元和第四定向耦合单元均包括相互耦合的主信号线和耦合信号线。
10.进一步的，所述第一定向耦合单元上主信号线的输入端为滤波装置的第一端口，输出端连接第四定向耦合单元上主信号线的输入端，第一定向耦合单元上耦合信号线的输出端通过半圆形波导连接第二定向耦合单元的主信号线的输入端。
11.所述第二定向耦合单元的主信号线的输出端为滤波装置的第二端口，第一定向耦合单元上耦合信号线的输入端通过半圆形波导连接第二定向耦合单元上耦合信号线的输出端，第二定向耦合单元上耦合信号线的输入端连接第三定向耦合单元上主信号线的输出端。
12.所述第三定向耦合单元上主信号线的输入端为滤波装置第四端口，第三定向耦合单元上耦合信号线的输入端通过半圆形波导连接第四定向耦合单元上主信号线的输出端。
13.所述第三定向耦合单元上耦合信号线的输出端通过半圆形波导连接第四定向耦合单元上耦合信号线的输入端，第四定向耦合单元上耦合信号线的输出端为滤波装置的第三端口。
14.进一步的，所述第三定向耦合单元与第一定向耦合单元的结构相同。
15.进一步的，所述第四定向耦合单元与第二定向耦合单元的结构相同。
16.本实用新型的有益效果：
17.1、本实用新型滤波装置从第二端口输出为p22，第三端口输出的为p13和p143二者能量的叠加，第四端口输出的为p144和p24二者能量的叠加，传输耗能低因此该滤波装置的传输耗能低；
18.2、本实用新型滤波装置上的第三端口25，由于p13和p143电磁波所传播的路径不一样，带来了相位差，该相位差同时也和频率有关，因此该滤波装置的滤波效果好。
附图说明
19.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
20.图1为h型波导结构的横截面图；
21.图2为介质波导结构的俯视图；
22.图3为太赫兹波能量耦合分配图；
23.图4为第一端口在不同频率下反射系数曲线图；
24.图5为第一端口和第三端口不同频率下透射系数曲线图；
25.图6为第一端口和第四端口不同频率下透射系数曲线图。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.一种基于sagnac环的四端口平面滤波装置，滤波装置包括h型波导，如图1所示，h型波导包括对称分布的导电金属板1，导电金属板1之间设有介质波导2，导电金属板1与介质波导2组合形成h型结构。
29.介质波导2包括第一sagnac环21和第二sagnac环22。
30.第一sagnac环21包括第一定向耦合单元211和第二定向耦合单元212，第二sagnac环22包括第三定向耦合单元213和第四定向耦合单元214，第三定向耦合单元213与第一定向耦合单元211的结构相同。
31.第四定向耦合单元214与第二定向耦合单元212的结构相同，第二定向耦合单元212和第一定向耦合单元211之间垂直分布，第三定向耦合单元213和第四定向耦合单元214之间垂直分布。
32.第一定向耦合单元211、第二定向耦合单元212、第三定向耦合单元213和第四定向耦合单元214均包括相互耦合的主信号线和耦合信号线。
33.第一定向耦合单元211上主信号线的输入端为滤波装置的第一端口23，输出端连接第四定向耦合单元214上主信号线的输入端，第一定向耦合单元211上耦合信号线的输出端通过半圆形波导连接第二定向耦合单元212的主信号线的输入端。
34.第二定向耦合单元212的主信号线的输出端为滤波装置的第二端口24，第一定向耦合单元211上耦合信号线的输入端通过半圆形波导连接第二定向耦合单元212上耦合信号线的输出端，第二定向耦合单元212上耦合信号线的输入端连接第三定向耦合单元213上主信号线的输出端。
35.第三定向耦合单元213上主信号线的输入端为滤波装置第四端口26，第三定向耦合单元213上耦合信号线的输入端通过半圆形波导连接第四定向耦合单元214上主信号线的输出端。
36.第三定向耦合单元213上耦合信号线的输出端通过半圆形波导连接第四定向耦合单元214上耦合信号线的输入端，第四定向耦合单元214上耦合信号线的输出端为滤波装置的第三端口25。
37.整个滤波装置的介质波导2结构部分可以采用3d打印技术实现。
38.具体工作原理如下：
39.太赫兹波能量在滤波器中的能量分配如图3所示，能量为p的太赫兹波进入第一端口23，首先进入第一sagnac环21的第一定向耦合单元21，入射太赫兹波能量将分为两个部分p1和p2，p1直接进入第二sagnac环22。
40.首先通过第二sagnac环的第四定向耦合单元214将能量分为p13和p14两部分，其中p13将从第三端口25输出，p14将经由第四定向耦合单元214上主信号线的输出端进入其连接的半圆形波导，然后进入第三定向耦合单元213。
41.第三定向耦合单元213将p14能量分为p143和p144两部分，其中p143经由第三定向耦合单元213上耦合信号线的输出端进入其连接的半圆形波导，然后从第三端口25输出，而
p144将从第四端口26输出。
42.p2进入经由第一定向耦合单元211上耦合信号线的输入端进入与其连接的半圆形波导，然后进入第二定向耦合单元212，第二定向耦合单元212将p1分为p22和p24两部分的能量，其中p22将从第二端口24输出。
43.p24将进入第三定向耦合单元213，因此，从第二端口24输出为p22，第三端口25输出的为p13和p143二者能量的叠加，第四端口26输出的为p144和p24二者能量的叠加。
44.对于第三端口25而言，由于p13和p143电磁波所传播的路径不一样，带来了相位差，该相位差同时也和频率有关，可以用βz进行计算，其中β为波数是频率的函数，z即为电磁波所传播的路径。
45.第一端口23在不同频率下反射系数曲线图如图4所示，图中s11为第一端口23的反射系数，第一端口23和第三端口25不同频率下透射系数曲线图如图5所示，图中s13为第一端口23、第三端口25的透射系数，第一端口23和第四端口26不同频率下透射系数曲线图如图6所示，图中s13为第一端口23、第四端口26的透射系数，当该滤波装置的结构固定后，该滤波装置相位差只和频率有关，当相位差为180度奇数倍时，在输出端呈现阻带特性，当相位差为360度整数倍时，在第三端口25呈现通带特性。
46.同理对于第四端口26而言也具有类似的性质，但从第四端口26输出的p144和p24与第三端口25的输出又具有不同的路径，故而在第四端口26将呈现有别于第三端口25的滤波特性。
47.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
48.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。