一种可运用于THz波段的新型定向耦合器

根据分支波导定向耦合器的工作原理,并结合考虑MEMS 刻蚀工艺,设计出一款应用于THz 波段的10dB 波导定向耦合器。该定向耦合器在传统的分支线结构上加以改进,将传统分支线耦合结构改进成新型"田"字型耦合结构,性能较好,并提高了可加工性。通过HFSS 软件仿真,该定向耦合器在0. 33 ~0. 35THz 频段内耦合度为10dB,隔离度达到30dB 以上,各端口回波损耗小于-30dB,整体插损小于0. 2dB。     

太赫兹E 面分支波导定向耦合器研究

本文基于微细加工技术中的深反应离子刻蚀（DRIE）技术设计了一款中心频率在0.355THz 的E 面3dB 四分支 矩形波导定向耦合器。利用奇偶模分析方法和级联理论分析方法进行分析,计算出了其在给定耦合度条件下各结构初值。 使用Ansoft HFSS 对四分支波导定向耦合器进行仿真优化,结果表明该耦合器性能优异,在0.35-0.36THz 频段内,隔离 度优于40dB,各端口的回波损耗大于40dB,插入损耗小于0.2dB。本文所设计的分支波导定向耦合器结构简单紧凑、性 能优越,具有广阔的应用前景。     

基于3 dB 定向耦合器的0.14 THz 功率分配器设计方法

介绍了一种基于3 dB 定向耦合器的0.14 THz 功率分配器设计方法。由于太赫兹频段的器件尺寸越来越小型化、微型化,特别是对于功率分配器中的核心结构,造成精密机械加工方式难以实现。典型的波导3 dB 定向耦合器结构是90电桥结构,其耦合缝隙之间的间距仅有不到0.5 mm,这样的尺寸是机加时产生的应力难以承受的。通过分析波导定向耦合器支路间的相位关系得出:如果耦合缝隙的间距增加到半波长的整数倍,支路间的相位差仍为90,但这样变化的结果是带宽的降低。通过耦合缝隙间距的适度增加,降低了机加的难度,工作相对带宽降到10%。经仿真分析,结果得到了验证。加工的样品测试结果表明,在0.133 ~0.147 THz 的频率范围内,插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-20 dB。     

半模基片集成波导窄壁缝隙耦合定向耦合器

半模基片集成波导(HMSIW)是最近刚刚提出的一种微波毫米波平面集成导波结构,具有品质因数高,损耗小,结构紧凑和高集成度等优点.本文基于HMSIW技术和标准印刷电路板(PCB)工艺设计并研制了6 dB、10 dB、15 dB和20 dB四种窄壁缝隙耦合定向耦合器.所设计的定向耦合器在保留与基片集成波导(SIW)定向耦合器性能相同的基础上,将体积减小了近一半.测试结果与Ansoft HFSS商用软件仿真结果基本一致,验证了所设计的定向耦合器具有小型化和性能良好等优点.     

小型化高方向性的微带双定向耦合器设计

为解决弱耦合时微带平行耦合线定向耦合器方向性低的问题,提出了适用于大功率场合的小型化高方向性微带双定向耦合器。基于传统四分之一波长平行耦合三线微带双定向耦合器结构,采用扇形微带电容加载可明显减小耦合器尺寸并增大隔离度,通过耦合边缘引入锯齿结构进一步提高了方向性。负载电阻采用扇形微带短截线接地设计,避免电气化过孔,使得加工更加简单。设计了一个中心频率为915 MHz、耦合度为20 dB 的微带双定向耦合器,利用HFSS 仿真软件对耦合器结构进行优化设计,并做了实物加工和测试。实测结果表明,在中心频率处耦合度为20.2 dB,方向性达到32.1 dB;在0.74~1.35 GHz 频带内,输入匹配良好,耦合度波动小于0.5 dB,方向性高于20 dB。     

新型圆形槽波导定向耦合器

圆形槽波导是一种新型的高功率毫米波、亚毫米波传输线.为了实现圆形槽波导之间的耦合,本文根据双槽波导的耦合机理,设计出了新型圆形槽波导走向耦合器,并计算了3dB圆形槽波导定向耦合器的频率特性.     

非对称十字孔双脊波导定向耦合器的设计

借鉴波导定向耦合器的设计原理,采用双脊波导的形式（本文采用标准双脊波导WRD650型号）设计大功率宽频带定向耦合器。由于双脊波导相比于矩形波导,最低模式的截止频率更低,单模工作的频带更宽,特性阻抗更低,所以采用双脊波导的形式比矩形波导在带宽方面更有优势。波导耦合器耦合方式有很多种,最常用的有小孔耦合和缝隙耦合,本文采用非对称十字孔耦合的方式,并与等孔径分布和切比雪夫分布的圆孔耦合比较来确定非对称十字孔耦合方式,在耦合平坦度、方向性方面有更好的改进。利用电磁仿真软件进行仿真对比其结果,通过一些具体措施改善双脊波导定向耦合器的性能,使定向耦合器的各种设计指标达到要求。     

多孔耦合型太赫兹波导定向耦合器的设计

设计了一种结构紧凑、工作频带较宽、耦合平稳、高方向性的十字形多孔耦合的太赫兹波导定向耦合器。基于多孔耦合原理,利用HFSS软件对太赫兹波导定向耦合器进行了模型仿真和结构优化。仿真结果表明:在325~475 GHz带宽范围内,该多孔耦合太赫兹波导定向耦合器耦合度达到7.50.8 dB,隔离度达到30 dB,即方向性优于20 dB,各端口回波损耗小于-20 dB。通过对该波导定向耦合器进行高温高压模拟仿真,确定了使用负性光刻胶SU-8作为结构材料的可行性,提出应用MEMS工艺在硅衬底上进行加工,将牺牲层工艺应用到波导腔结构的制作中。利用光刻在直通波导和耦合波导公共宽壁上形成的十字形等间距排列耦合孔结构,可以实现较宽的带宽和良好的耦合平坦度。该方法提高了耦合孔尺寸和位置的精度,减小了反射损耗,为太赫兹波导结构的加工提供了新思路。     

L频段小型化高性能双定向耦合器设计

介绍了一种L频段行波馈电网络的组成,着重叙述馈电网络中关键部件定向耦合器的设计和实现.对其中低耦合度、高隔离度的小型化高性能定向耦合器进行了理论分析计算,运用失配设计的方法,实现弱耦合高隔离,并通过EDA软件仿真和优化给出了这种定向耦合器的实物尺寸,得出实际测试结果.实测值:插损小于0.2 dB,频带内耦合度28.8±0.5 dB,定向度大于22 dB.运用该失配设计法对传统设计法改进,实测定向度比改进前大10 dB,显著降低了系统对T/R组件的某些指标要求,使系统的设计和实现更简单可靠.     

一种D波段小型化定向耦合器芯片设计

基于GaAs 0.1 μm pHEMT工艺,设计了一款工作在0.1~0.14 THz的小型化定向耦合器芯片。采用加载开路枝节线的方式提高传输线的等效电长度,进而实现电路结构的小型化;利用曲折线的方式构成开路枝节线,使得耦合器的物理尺寸进一步缩小。采用电磁仿真软件仿真表明,所设计的小型化定向耦合芯片中心工作频率为0.12 THz,相对带宽大于30%,带内的回波损耗高于20 dB,带内插入损耗小于1 dB,耦合度为(10±0.5) dB,带内隔离度大于20 dB,直通端口与耦合端口相位差为90°±3.5°,其尺寸为0.21 mm×0.19 mm(不计Pad尺寸)。     

Terahertz Wave Polarization Beam Splitter Using Asymmetrical Coupler

This study has proposed and numerically demonstrated a compact terahertz wave polarization beam splitter. The splitter is built by using a asymmetrical directional coupler consisting of a bend waveguide and a slot bend waveguides and achieves a high extinction ratio of 24.88 dB and 16.55 dB for cross and through ports. The optimal coupling region length is found to be 26 μm. By using such a polarization beam splitter, the size of the terahertz wave system could be reduced significantly. The simulation results show that the designed polarization beam splitter can split TEand TM-polarized terahertz wave into different propagation directions with high efficiency over the terahertz wave frequency range from 9.40 THz to 9.65 THz. The device obtained is readily used for a polarization diversity terahertz wave integrated circuit field, particularly for platforms with slot waveguide.     

小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器设计

提出了一种小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器,采用新颖的阶梯结构,将两个单通道耦合器结合,可在双通道内实现相同的耦合输出。研究结果表明,在180~260 GHz的频率范围内,该耦合器的耦合度为10 dB,输出最大误差小于1.6 dB,回波损耗大于25 dB,隔离度大于35 dB,相对带宽达到36%。与传统的太赫兹波导定向耦合器相比,该耦合器能够实现双通道的耦合输出,在太赫兹系统中可用于双通道的功率检测、功率合成与分配。     

基于微带倒相器的新型宽带3dB分支线耦合器

设计了一种宽带的微带线3dB分支线耦合器,并给出了理论分析。该模型结构简单,易于实现,通过级联两级分支线耦合器及加入超宽带微带倒相器,增加了带宽。仿真结果表明,在0.7~1.26GHz频带范围内,该耦合器回波损耗大于20dB,隔离度大于19dB,两平分端口幅度不平衡性小于1.23dB,相位不平衡小于,具有良好的性能。实验结果与仿真结果相符。     

曲折双脊槽波导高功率宽频带太赫兹行波管

提出一种改进的曲折槽波导—曲折双脊槽波导提高太赫兹行波管的功率和带宽.针对这种新型慢波结构设计了一种新的传输波导作为输入输出能量耦合器.从高频特性仿真结果可以发现曲折双脊槽波导可以提高耦合阻抗并扩展带宽.此外, 粒子仿真结果表明当电子注加载27.4kV电压和0.25A电流时, 新型曲折双脊槽波导行波管在中心频率340GHz处输出功率能达到65.8W同时对应增益27.21dB.因此, 曲折双脊槽波导行波管可以用作宽带和高功率太赫兹辐射源.     

High performance dual directional couplers for near-mm wavelengths

A low loss, high directivity dual directional coupler has been developed suitable for fabrication in waveguide bands up to WR3 (220-325 GHz). The design uses waveguide split on the E plane centerline with three waveguides running side by side and coupling holes made by drilling through all three guides. Construction is relatively simple and the resulting structure is very robust mechanically. Typical coupling is 15 dB, directivity is 25-30 dB, and the insertion loss of the WR3 coupler is 0.5 dB     

太赫兹光子晶体光纤与天线设计

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料为基质,设计了一种空芯多孔包层结构的太赫兹光纤,中心的大孔缺陷用于传输太赫兹波,周围四层小孔可以将太赫兹波的传播限制在缺陷内部。利用COMSOL软件对光纤的损耗特性进行仿真分析发现,光纤在0.6 THz的泄露损耗低于0.1 dB/m,具有良好的传输特性。和金属波导口可以当作天线辐射电磁波的原理相似,光纤的端面也可以作为天线将内部传输的太赫兹波向外辐射,通过仿真分析,天线在0.59~0.61 THz的回波损耗低于-25 dB,方向性系数大于20 dB,半功率波束宽度约为13。     

0.22 THz Waveguide Bandpass Filter with High Stop-Band Suppression

A terahertz (THz) waveguide band-pass filter using an iris inductive window coupled structure was designed and fabricated. The filter was designed at 0.22 THz with a pass band of 20 GHz. The measured results show that the center frequency is 0.218 THz with a pass band of 0.205 THz to 0.231 THz, the minimum insertion loss is 1.26 dB at 0.224 THz, and the return loss is less than 13.1 dB. The stop-band suppression is 65.6 dB at 0.193 THz and 51.8 dB at 0.243 THz, respectively, which means a good performance of high stop-band suppression. A good agreement exists between the measured S-parameters and the simulated ones, especially in the upper band. The proposed THz waveguide filter has potential applications in THz communications.     

太赫兹宽带分谐波混频器设计

太赫兹分谐波混频器的变频损耗、噪声系数等指标与基波混频器相近,且本振频率为射频频率的一半,大大 降低了本振源的设计难度和制作成本,是高性能太赫兹接收前端的关键部件。本文介绍了一种覆盖全波导带宽的太赫 兹宽带分谐波混频器的设计,对电路中射频波导至悬置带线过渡结构和本振中频双工器进行仿真和优化设计。并以 0.14~0.22THz 分谐波混频器为例进行设计和制作,测试结果表明0.14 ~0.22THz 分谐波混频器在全波导频段内最大变频 损耗低于15dB,中频3dB 带宽大于20GHz。