[實(shí)用新型]田字型電橋太赫茲波導(dǎo)定向耦合器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520233427.6
• 申請(qǐng)日: 2015-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204516880U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃昆;鐘偉;徐利民;林海川;安健飛;沈川;陸彬;鄧賢進(jìn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號(hào): H01P5/18
• 分類號(hào): H01P5/18
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及太赫茲電路單元組件，具體是田字型電橋太赫茲波導(dǎo)定向耦合器。

技術(shù)背景

傳統(tǒng)微波毫米波頻段電路波導(dǎo)定向耦合器使用的是經(jīng)典分支線波導(dǎo)電橋結(jié)構(gòu)，它是一種常用的能夠在比較寬的頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)緊耦合的正交混合電橋。

如圖1所示，它主要由輸入端（端口1）、直通端（端口2）、耦合端（端口3）以及隔離端（端口4）共四個(gè)端口組成，其中直通端以及耦合端共四個(gè)端口組成，其中直通端和耦合端作為輸出口，且兩輸出信號(hào)存在90°的相位差。其工作原理為：信號(hào)從端口1輸入并一分為二傳輸?shù)蕉丝?和端口3，端口4被隔離。如果端口2和端口3接匹配放大器，則端口2和端口3的輸出信號(hào)被放大器放大后輸出；如果端口2和端口3與外接放大器不完全匹配時(shí)，在端口2?、3就有被反射回來(lái)的反射波，而反射波在端口4上被匹配負(fù)載吸收，由于兩個(gè)輸出端口具有90°相位差，這樣兩個(gè)反射波在端口1上由于具有180°相位差而被抵消。其耦合度與耦合孔的寬度有關(guān)，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，耦合孔越窄耦合過(guò)去的能量越少。

然而，隨著頻率的升高，尤其到了太赫茲頻段后，波導(dǎo)波長(zhǎng)進(jìn)入微米量級(jí)，其分支線寬度將更窄，傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝基本無(wú)法加工，甚至連新型的微米量級(jí)的微機(jī)電MEMS加工工藝都難以加工。以340GHz的10dB波導(dǎo)分支線定向耦合器為例，圖2給出了該結(jié)構(gòu)的俯視平面圖，三個(gè)分支線寬度僅為S1=30μm，S2=40μm，S3=45μm。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型是在分支線定向耦合器模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，移除了分支線電橋中最外部?jī)蓷l最窄的分支線，加入一橫向貫通中間三路分支線的波導(dǎo)，使其構(gòu)成一個(gè)田字型結(jié)構(gòu)。其耦合原理為在中間通路內(nèi)進(jìn)行了二次耦合，使其在耦合縫隙較寬的情況下達(dá)到了與之前窄縫所達(dá)到的同樣效果。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

田字型電橋太赫茲波導(dǎo)定向耦合器，其特征在于：包括兩條主波導(dǎo)和四條分支波導(dǎo)，四條分支波導(dǎo)由三條縱向的分支波導(dǎo)和一條橫向的分支波導(dǎo)組成，三條縱向的分支波導(dǎo)同向設(shè)置，橫向的分支波導(dǎo)貫通三條縱向的分支波導(dǎo)；兩主波導(dǎo)分別位于三條縱向的分支波導(dǎo)的兩端，兩主波導(dǎo)與四條分支波導(dǎo)形成田字型結(jié)構(gòu)。

所述三條縱向分支波導(dǎo)平行設(shè)置，端面均齊平與主波導(dǎo)連接。

分支波導(dǎo)之間的橫向和縱向距離依據(jù)所需指標(biāo)計(jì)算確定。

本實(shí)用新型的耦合原理相當(dāng)于在中間通路內(nèi)進(jìn)行了二次耦合，使其在耦合縫隙較寬的情況下達(dá)到了與之前窄縫所達(dá)到的同樣效果。

本實(shí)用新型的有益效果如下：

1、本實(shí)用新型與同性能的定向耦合器相比，可加工性大大提高；

2、在相同加工工藝水平的限制下，采用本實(shí)用新型的田字形結(jié)構(gòu)可加工出耦合度更高的定向耦合器。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)的分支線耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為傳統(tǒng)的波導(dǎo)五分支線定向耦合器俯視平面結(jié)構(gòu)圖；

圖3為采用340GHz的10dB經(jīng)典分支線定向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例1中340GHz的10dB新型田字型定向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為經(jīng)典分支線定向耦合器性能示意圖；

圖6為本實(shí)用新型的性能示意圖；

圖7為本實(shí)用新型的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實(shí)用新型的三維模型示意圖。

其中，附圖標(biāo)記為：1主波導(dǎo)，2縱向的分支波導(dǎo)，3橫向的分支波導(dǎo)。

具體實(shí)施方式

以340GHz的10dB波導(dǎo)定向耦合器為例，圖3給出了340GHz的10dB經(jīng)典分支線定向耦合器結(jié)構(gòu)；圖4給出了340GHz的10dB新型田字型定向耦合器結(jié)構(gòu)，包括兩條主波導(dǎo)1和四條分支波導(dǎo)，四條分支波導(dǎo)由三條縱向的分支波導(dǎo)2和一條橫向的分支波導(dǎo)3組成，三條縱向的分支波導(dǎo)2同向設(shè)置，橫向的分支波導(dǎo)3貫通三條縱向的分支波導(dǎo)2；兩主波導(dǎo)1分別位于三條縱向的分支波導(dǎo)2的兩端，兩主波導(dǎo)1與四條分支波導(dǎo)形成田字型結(jié)構(gòu)。所述三條縱向分支波導(dǎo)2平行設(shè)置，端面均齊平，并且與主波導(dǎo)1連接。

新型田字型定向耦合器的三個(gè)分支線寬度分別為S1=62μm，S2=62μm，S3=68μm。對(duì)比兩種結(jié)構(gòu)的參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，五分支線定向耦合器中最窄的分支線寬度只有30μm，而田字型定向耦合器中最窄的波導(dǎo)有62μm，因此加工可行性明顯提升一倍多，并且同時(shí)能保持優(yōu)良的性能。