本發(fā)明屬于太赫茲波導器件領(lǐng)域，涉及波導濾波器，具體提供一種基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器。

背景技術(shù)：

1、太赫茲波（terahertz?wave）是指頻率在?100ghz至10thz?范圍內(nèi)、波長介于?3~0.03mm?之間的電磁波，在電磁頻譜中處于電子學與光子學之間的特殊位置。早在20世紀20年代，科學家們就對太赫茲波產(chǎn)生了巨大的研究興趣；但是受限于當時的研究手段與技術(shù)條件，對太赫茲波的開發(fā)主要局限在高分辨率光譜學和太空遙感領(lǐng)域。隨著科學技術(shù)的不斷進步，隨著高功率、大帶寬太赫茲波源和高靈敏度太赫茲接收技術(shù)的不斷成熟，太赫茲技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，新興學科與應用領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，使得太赫茲技術(shù)與應用成為了國際學術(shù)界與工業(yè)界的熱點研究領(lǐng)域。

2、在太赫茲頻段中，波導結(jié)構(gòu)與微帶線、基片集成波導等其他無源結(jié)構(gòu)相比具有功率容量高、損耗小等優(yōu)勢，使其在太赫茲通信系統(tǒng)中廣泛使用；近年來，隨著太赫茲通信系統(tǒng)不斷發(fā)展，對太赫茲波導濾波器的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的基于單模諧振腔的四階波導帶通濾波器如圖1所示，主要由輸入端、耦合窗、諧振腔與輸出端組成，信號從輸入端輸入，耦合窗的高度與標準波導一致、寬度小于標準波導，使波導中te10模式的磁場在耦合窗中集中加強，呈電感特性，形成磁耦合，由此在單模諧振腔中激勵起te101諧振模式，諧振腔中te101諧振模式又在另一端的耦合窗中形成磁耦合，進而激勵起下一個諧振腔中的te101諧振模式，最后使諧振腔諧振頻率附近的信號頻率通過，表現(xiàn)為帶通特性。目前，改善太赫茲波導濾波器性能的主要方法是加入傳輸零點，在太赫茲頻段主要有兩種方法；第一種方法是采用交叉耦合技術(shù)，但交叉耦合波導濾波器設計復雜，且零點位置不容易控制；第二種方法是引入帶通雙模諧振腔，在雙模諧振腔中，通過兩種模式的相互作用使其在某一個頻點上能量相等并抵消，由此產(chǎn)生傳輸零點，但雙模諧振腔體積更大，不利于濾波器的小型化設計，同時也增加了高精度數(shù)控銑削工藝（cnc）的加工難度。例如，文獻“wr-2.8?bandpseudoelliptic?waveguide?filter?based?on?singlet?and?extracted?poleresonator”中公開一種基于矩形雙模諧振腔的波導濾波器，如圖2所示，基于te301與te102模式的矩形雙模諧振腔在濾波器下邊帶產(chǎn)生一個傳輸零點，該傳輸零點位于濾波器通帶旁，能夠有效改善濾波器邊帶的滾降特性；然而，該雙模諧振腔尺寸更大，不利于濾波器的小型化設計；同時，該雙模諧振腔較大的寬度也增加了高精度數(shù)控銑削工藝的加工難度，并因此帶來更大的加工誤差，進而導致傳輸零點出現(xiàn)頻率偏移，如測試結(jié)果所示；另一方面，te301與te102模式的諧振頻率相互關(guān)聯(lián)，使得濾波器設計過程變得更繁瑣。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器，創(chuàng)造性的提出新型結(jié)構(gòu)的波導支節(jié)雙模諧振腔，用以解決現(xiàn)有雙模諧振腔存在的尺寸大、加工難度高及設計復雜等問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、一種基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器，包括：輸入波導、雙模諧振腔及輸出波導；其中，雙模諧振腔兩端分別通過耦合窗連接輸入波導與輸出波導，信號從輸入波導輸入，在雙模諧振腔中激勵起te101模式和tm110模式。

4、進一步的，雙模諧振腔由主諧振腔與波導支節(jié)構(gòu)成，主諧振腔采用矩形諧振腔，主諧振腔兩端分別連接耦合窗，波導支節(jié)連接于主諧振腔正上方；以主諧振腔的中心點為坐標原點，以信號傳播方向為y軸，以輸入輸出波導電場方向為z軸，建立三維直角坐標系，雙模諧振腔沿xoz平面與yoz平面均呈對稱結(jié)構(gòu)，且雙模諧振腔沿yoz平面的截面呈凸字形。

5、更進一步的，主諧振腔的寬度、高度均與標準矩形波導相同，主諧振腔的長度為l1，λ/4<l1<3λ/4，λ為濾波器中心頻率處波長。

6、更進一步的，波導支節(jié)的寬度與標準矩形波導相同，波導支節(jié)的高度為h，λ/5<h<λ/3，λ為濾波器中心頻率處波長，波導支節(jié)的長度為l2，l2<l1。

7、進一步的，輸入波導與輸出波導均采用標準矩形波導。

8、基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于：

9、本發(fā)明提供一種基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器，創(chuàng)造性的提出波導支節(jié)雙模諧振腔，由主諧振腔與波導支節(jié)構(gòu)成，主諧振腔等同于單模諧振腔，在主諧振腔的基礎上引入一個波導支節(jié)，使得諧振腔中激勵出額外的tm110諧振模式，形成雙模諧振器；tm110諧振模式提供一個額外的極點，并且，tm110諧振模式與te101諧振模式相互作用，產(chǎn)生一個傳輸零點，該傳輸零點位于濾波器通帶旁，從而有效改善濾波器邊帶的滾降特性；同時，tm110諧振模式與te101諧振模式的諧振頻率能夠通過主諧振腔的長度與波導分支的高度實現(xiàn)獨立控制，大大減少了濾波器的設計復雜度；另外，波導支節(jié)雙模諧振腔具有小型化優(yōu)勢，加工難度低。

技術(shù)特征：

1.一種基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器，包括：輸入波導、雙模諧振腔及輸出波導；其特征在于，雙模諧振腔兩端分別通過耦合窗連接輸入波導與輸出波導，信號從輸入波導輸入，在雙模諧振腔中激勵起te101模式和tm110模式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器，其特征在于，雙模諧振腔由主諧振腔與波導支節(jié)構(gòu)成，主諧振腔采用矩形諧振腔，主諧振腔兩端分別連接耦合窗，波導支節(jié)連接于主諧振腔正上方；以主諧振腔的中心點為坐標原點，以信號傳播方向為y軸，以電場方向為z軸，建立三維直角坐標系，雙模諧振腔沿xoz平面與yoz平面均呈對稱結(jié)構(gòu)，且雙模諧振腔沿yoz平面的截面呈凸字形。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器，其特征在于，主諧振腔的寬度、高度均與標準矩形波導相同，主諧振腔的長度為l1，λ/4<l1<3λ/4，λ為濾波器中心頻率處波長。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器，其特征在于，波導支節(jié)的寬度與標準矩形波導相同，波導支節(jié)的高度為h，λ/5<h<λ/3，λ為濾波器中心頻率處波長，波導支節(jié)的長度為l2，l2<l1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器，其特征在于，輸入波導與輸出波導均采用標準矩形波導。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于太赫茲波導器件領(lǐng)域，具體提供一種基于波導支節(jié)雙模諧振腔的太赫茲波導濾波器，創(chuàng)造性的提出新型結(jié)構(gòu)的波導支節(jié)雙模諧振腔，用以解決現(xiàn)有雙模諧振腔存在的尺寸大、加工難度高及設計復雜等問題。本發(fā)明中雙模諧振腔由主諧振腔與波導支節(jié)構(gòu)成，通過波導支節(jié)使諧振腔中激勵出TM<subgt;110</subgt;模式，TM<subgt;110</subgt;模式提供額外的極點，并且，TM<subgt;110</subgt;模式與TE<subgt;101</subgt;模式相互作用，產(chǎn)生一個傳輸零點，該傳輸零點位于濾波器通帶旁，從而有效改善濾波器邊帶的滾降特性；同時，TM<subgt;110</subgt;模式與TE<subgt;101</subgt;模式的諧振頻率能夠通過主諧振腔的長度與波導分支的高度實現(xiàn)獨立控制，大大減少了濾波器的設計復雜度；另外，波導支節(jié)雙模諧振腔具有小型化優(yōu)勢，加工難度低。

技術(shù)研發(fā)人員：張波,藍聲茂,張宇馳,牛中乾,豐益年,李佳豪,黃發(fā)穎,程羽光
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26