本發(fā)明涉及太赫茲電路單元組件，具體而言，是一種分支線電橋太赫茲四路功分器。

背景技術(shù)：

太赫茲輻射通常是指頻率介于微波和紅外波段之間的電磁輻射，是電磁波譜上由電子學(xué)向光子學(xué)過(guò)渡的特殊區(qū)域，其頻率范圍為0.1～10thz。太赫茲波的長(zhǎng)波段與亞毫米波段相重合，其發(fā)展主要依靠電子學(xué)科學(xué)技術(shù)；而短波段與遠(yuǎn)紅外波段相重合，其發(fā)展主要依靠光子學(xué)科學(xué)技術(shù)，可見(jiàn)太赫茲波是宏觀電子學(xué)向微觀光子學(xué)過(guò)渡的頻段，在電磁波頻譜中占有很特殊的地位。由于其所處的特殊位置，太赫茲波可以表現(xiàn)出許多有別于其他種類(lèi)電磁輻射的獨(dú)特特性，這些特性決定了太赫茲波在很多領(lǐng)域具有廣泛良好的應(yīng)用前景。到目前為止，太赫茲波段兩側(cè)的紅外和微波技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而太赫茲波尚未得到充分的研究。由于太赫茲波具有很多優(yōu)越的特性，有非常重要的學(xué)術(shù)和工程研究?jī)r(jià)值，受到了研究學(xué)者廣泛的關(guān)注與支持。

太赫茲波功分器是太赫茲波功率分配器的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一類(lèi)重要的太赫茲無(wú)源器件，它的作用是將單路輸入的能量分成兩路或多路輸出信號(hào)能量，輸出能量可等分也可不等分，若逆向使用則稱(chēng)之為功率合成器，即可將多路輸入信號(hào)能量合成到一路能量輸出。近年來(lái)太赫茲波功分器已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)?，F(xiàn)有的太赫茲波功分器大都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功分效率低、成本高等諸多缺點(diǎn)，如現(xiàn)有的采用y型分支的四路功分器，為了減小插入損耗，一般將四個(gè)端口設(shè)置在兩層，形成了立體的結(jié)構(gòu)，而在太赫茲頻段特征尺寸極小，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)大大提高了加工難度，導(dǎo)致功分器的加工成本大大提高，不能適應(yīng)市場(chǎng)化的應(yīng)用。也有采用小孔耦合結(jié)構(gòu)的功分器，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身電磁性能的限制，導(dǎo)致耦合度難以提高，功分器的效率大大降低。因此有必要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、功分性能優(yōu)良的太赫茲功分器來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)太赫茲通信、成像、監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中太赫茲功分器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出誤差大，導(dǎo)致太赫茲功率分配器加工困難，功率分配效率低且性能不穩(wěn)定，影響在太赫茲頻段實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題。提出了一種結(jié)構(gòu)巧妙、功分效率高、成本低的分支線電橋太赫茲四路功分器。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種分支線電橋太赫茲四路功分器，其包括：第一定向耦合器、第二定向耦合器及第三定向耦合器，其中第二定向耦合器的輸入端和第三定向耦合器的輸入端分別通過(guò)波導(dǎo)彎頭與第一定向耦合器連通，功率信號(hào)從第一定向耦合器的第一輸入端輸入后，在第一定向耦合器的兩個(gè)輸出端均采用波導(dǎo)彎頭，分別連接第二定向耦合器及第三定向耦合器的輸入端，并在第一定向耦合器、第二定向耦合器及第三定向耦合器的隔離端口采用隔離波導(dǎo)彎頭進(jìn)行彎折，構(gòu)成一路輸入，四路輸出的功分器結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述第一定向耦合器、第二定向耦合器及第三定向耦合器具有同樣的結(jié)構(gòu)，均采用四分支線電橋3db定向耦合器，包括兩條主波導(dǎo)和四條分支線波導(dǎo)，兩條主波導(dǎo)平行放置，四條分支線波導(dǎo)相互平行，且垂直放置于兩條主波導(dǎo)之間，端面齊平并與主波導(dǎo)連接。

進(jìn)一步的，所述主波導(dǎo)的寬度為0.280mm，四條分支線波導(dǎo)的寬度分別為0.108mm、0.677mm、0.677mm及0.108mm，分別為第一分支線波導(dǎo)、第二分支線波導(dǎo)、第三分支線波導(dǎo)、第四分支線波導(dǎo)，第一分支線波導(dǎo)與第二分支線波導(dǎo)的中心線之間的間距為0.339mm，第二分支線波導(dǎo)與第三分支線波導(dǎo)的中心線之間的間距為0.216mm，第三分支線波導(dǎo)與第四分支線波導(dǎo)之間的間距為0.339mm，兩條主波導(dǎo)相互平行放置，四條分支線波導(dǎo)相互平行放置，四條分支線波導(dǎo)與主波導(dǎo)垂直且放置于兩條主波導(dǎo)之間，端面齊平且與主波導(dǎo)連接，所以?xún)蓷l主波導(dǎo)之間的間距與分支線波導(dǎo)的長(zhǎng)度相同，為0.312mm，主波導(dǎo)與分支線波導(dǎo)的高度均相同，且其高度為0.560mm，每一個(gè)作為基本組成單元的分支線電橋3db定向耦合器其主波導(dǎo)長(zhǎng)度均設(shè)置為2.000mm。

進(jìn)一步的，所述波導(dǎo)彎頭的轉(zhuǎn)彎半徑為0.53mm。

進(jìn)一步的，所述第一定向耦合器的波導(dǎo)彎頭與第二定向耦合器的波導(dǎo)彎頭在連接處之間有一小段直波導(dǎo)，其長(zhǎng)度為0.300mm，所述第一定向耦合器的波導(dǎo)彎頭與第三定向耦合器的波導(dǎo)彎頭在連接處也有一小段直波導(dǎo)，其長(zhǎng)度為0.300mm。

進(jìn)一步的，所述隔離端口的隔離波導(dǎo)彎頭的轉(zhuǎn)彎半徑為0.344mm，通過(guò)隔離波導(dǎo)彎頭，隔離端口的端面旋轉(zhuǎn)了180°，彎折后的波導(dǎo)與原主波導(dǎo)保持平行，三個(gè)作為基本組成單元的分支線電橋3db定向耦合器其隔離端口的隔離波導(dǎo)彎頭結(jié)構(gòu)和尺寸均相同。

進(jìn)一步的，所述分支線電橋太赫茲四路功分器共有五個(gè)端口，其中，第一定向耦合器的輸入端口①作為整個(gè)四路功分器的輸入端口，第二定向耦合器及第三定向耦合器總共有四個(gè)輸出端口，分別為端口②、端口③、端口④、端口⑤作為四路功分器的四個(gè)輸出端口，當(dāng)一路功率信號(hào)從端口①輸入后，在四個(gè)輸出端口得到均等輸出的功率信號(hào)，且其功率均為端口①輸入信號(hào)的四分之一。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：

1、本發(fā)明與同性能定向耦合器相比，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，加工可行性得到提高。

2、本發(fā)明提出了一種新的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于太赫茲頻段的四路功分器，采用了e面分支線電橋3db定向耦合器作為功分器的基本組成單元，進(jìn)而采用定向耦合器的二級(jí)級(jí)聯(lián)的形式達(dá)到四路均等的功率分配。該功分器的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)的，經(jīng)過(guò)兩級(jí)耦合器的傳輸，抵消了一部分由第一級(jí)產(chǎn)生的輸出幅度誤差，因此達(dá)到了更小的輸出幅度誤差。本發(fā)明的所有傳輸結(jié)構(gòu)均為金屬矩形波導(dǎo)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單規(guī)整，對(duì)電磁波的傳輸穩(wěn)定，衰減小，因而能夠使功分器的性能更加穩(wěn)定。

3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)施方便、設(shè)計(jì)巧妙，具有突出的實(shí)用性特征和顯著進(jìn)步，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例基本組成單元分支線電橋3db定向耦合器示意圖；

圖2是分支線電橋太赫茲四路功分器示意圖；

圖3是四路功分器仿真s參數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、詳細(xì)地描述。所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：

以350ghz的四路功分器為例，圖1是該四路功分器的基本組成單元分支線電橋3db定向耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)包括兩條主波導(dǎo)1和四條分支線波導(dǎo)2、3、4、5，兩條主波導(dǎo)1平行放置，四條分支線波導(dǎo)2、3、4、5相互平行，且垂直放置于兩條主波導(dǎo)1之間，端面齊平與主波導(dǎo)連接。

所述主波導(dǎo)的寬度為0.280mm，四條分支線波導(dǎo)2、3、4、5的寬度分別為0.108mm，0.677mm，0.677mm，0.108mm，分支線波導(dǎo)2與分支線波導(dǎo)3的中心線之間的間距為0.339mm，分支線波導(dǎo)3與分支線波導(dǎo)4的中心線之間的間距為0.216mm，分支線波導(dǎo)4與分支線波導(dǎo)5的中心線之間的間距為0.339mm，兩條主波導(dǎo)之間的間距，即是四條分支線波導(dǎo)的長(zhǎng)度為0.312mm，主波導(dǎo)與分支線波導(dǎo)的高度均相同，且其高度為0.560mm。每一個(gè)作為基本組成單元的分支線電橋3db定向耦合器其主波導(dǎo)長(zhǎng)度均設(shè)置為2.000mm。

圖2是分支線電橋太赫茲四路功分器的結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)是由上述的分支線電橋3db定向耦合器采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在第一級(jí)的一個(gè)分支線電橋3db定向耦合器的兩個(gè)輸出端口，采用波導(dǎo)彎頭的結(jié)構(gòu)，分別連接第二級(jí)的兩個(gè)分支線電橋耦合器，連接處的波導(dǎo)彎頭是中心對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。則當(dāng)一定的功率信號(hào)從第一級(jí)的輸入端口①輸入后，在第一級(jí)的分支線3db定向耦合器中首先進(jìn)行了一次分配，之后通過(guò)波導(dǎo)彎頭進(jìn)入到第二級(jí)的兩個(gè)分支線電橋定向耦合器中進(jìn)行二次分配，又從兩個(gè)端口分別輸出，最終，從端口①輸入的信號(hào)被均等的分配到端口②、端口③、端口④、端口⑤。

如圖2中所示，第一級(jí)的定向耦合器與第二級(jí)定向耦合器之間連接處的波導(dǎo)彎頭，其轉(zhuǎn)彎半徑為0.53mm，在連接處的波導(dǎo)彎頭之間有一小段直波導(dǎo)，其長(zhǎng)度為0.300mm。第一級(jí)定向耦合器的兩個(gè)端口與第二級(jí)的兩個(gè)耦合器的輸入端口連接，其結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)的，故結(jié)構(gòu)參數(shù)也相同。

在第一級(jí)與第二級(jí)的總共三個(gè)分支線電橋3db定向耦合器的隔離端口，采用波導(dǎo)彎頭進(jìn)行彎折抑制隔離端口的輸出，如圖2中所示，隔離端口的波導(dǎo)彎頭，其轉(zhuǎn)彎半徑為0.344mm，通過(guò)波導(dǎo)彎頭，隔離端口的端面旋轉(zhuǎn)了180°，彎折后的波導(dǎo)與原主波導(dǎo)1保持平行。三個(gè)作為基本組成單元的分支線電橋3db定向耦合器其隔離端口的波導(dǎo)彎頭結(jié)構(gòu)和尺寸均相同。

該四路功分器共有五個(gè)端口，其中，第一級(jí)的分支線電橋3db定向耦合器的輸入端口①作為整個(gè)四路功分器的輸入端口，第二級(jí)的兩個(gè)分支線電橋3db定向耦合器分別有兩個(gè)輸出端口，總共四個(gè)輸出端口，分別為端口②、端口③、端口④、端口⑤作為四路功分器的四個(gè)輸出端口。功率分配的效果為，當(dāng)一路功率信號(hào)從端口①輸入后，在四個(gè)輸出端口得到均等輸出的功率信號(hào)，且其功率均為端口①輸入信號(hào)的四分之一。

圖3(a)是四路功分器的回波損耗參數(shù)曲線，可以看出，在330～390ghz的頻率范圍內(nèi)，回波損耗小于-19db，在378ghz附近達(dá)到-45db，在中心頻率360ghz附近，回波損耗低于-27db，達(dá)到一般無(wú)源器件對(duì)于回波損耗的要求。

圖3(b)是四路功分器的四個(gè)輸出端口的s21，s31，s41，s51參數(shù)曲線，輸出端口幅度在340～360ghz的頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定平坦，輸出誤差小。各端口的輸出幅度相對(duì)于輸入端口①均下降6db，即為輸入端口幅度的四分之一，各端口輸出相對(duì)于-6db的偏差均小于0.2db，輸出幅度非常穩(wěn)定，功率分配效果良好。

以上這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。