[发明专利]一种精确高效的太赫兹分支波导定向耦合器建模方法

权利要求书

1.一种精确高效的太赫兹分支波导定向耦合器建模方法，其特征在于，该方法采用模式匹配法和奇偶模分析法实现分支波导定向耦合器的建模，建模过程具体包括：

步骤一、对分支波导定向耦合器进行结构分析；

步骤二、利用奇偶模分析法将四端口网络简化为二端口网络结构，并将二端口网络结构拆分为若干T型节；

步骤三、利用模式匹配法并结合奇偶模分析法求出所述分支波导定向耦合器整体电路的网络参数，基于整体电路的网络参数，实现该分支波导定向耦合器的建模，所述步骤三具体包括：

步骤3.1利用模式匹配法对每个T型节结构进行分析，得到其散射矩阵；由网络级联矩阵进而得到五分支波导定向耦合器整体电路的级联矩阵；

步骤3.2基于耦合器整体电路的级联矩阵，得到电路中反射系数和传输系数；

步骤3.3通过反射系数和传输系数，得到该耦合器的散射矩阵；

步骤3.4根据耦合器的散射矩阵，得到该耦合器的耦合度精确计算公式，实现该分支波导定向耦合器的建模。

2.根据权利要求1所述的一种精确高效的太赫兹分支波导定向耦合器建模方法，其特征在于，所述步骤3.1具体包括：

步骤3.1.1对于偶模激励，每个T型节等效为端口3短路的二端口网络；对于奇模激励，每个T型节等效为端口3开路的二端口网络；

步骤3.1.2得到每个T型节的导纳矩阵，并将每个T型节的导纳矩阵转化为ABCD矩阵；

步骤3.1.3根据每个T型节的ABCD矩阵，进而得到五分支波导定向耦合器的级联矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种精确高效的太赫兹分支波导定向耦合器建模方法，其特征在于，所述步骤3.2具体为：

根据级联矩阵与反射系数Γ和传输系数T的关系，求出电路中反射系数和传输系数

其中，i代表了奇偶模式的一种，e为偶模，o为奇模。

4.根据权利要求3所述的一种精确高效的太赫兹分支波导定向耦合器建模方法，其特征在于，所述步骤3.3具体为：

通过散射矩阵S和反射系数Γ、传输系数T的关系：

S₁₁＝1/2Γ_e+1/2Γ_o S₂₁＝1/2T_e+1/2T_o

S₃₁＝1/2T_e-1/2T_o S₄₁＝1/2Γ_e-1/2Γ_o

即可求出耦合器散射矩阵的精确值。

5.根据权利要求4所述的一种精确高效的太赫兹分支波导定向耦合器建模方法，其特征在于，所述步骤3.4具体包括：

步骤3.4.1对所述定向耦合器的散射矩阵进行简化处理，得到耦合器的耦合度计算公式为：

且(h₁+h₂+h₃+…+h_n)＜λ，

其中，S₃₁为耦合器的耦合度，n为耦合器的波导分支数且n≥3，λ为波导波长，k为与频率无关的常数；

步骤3.4.2基于步骤3.4.1得到的耦合度计算公式，根据所需要的耦合器耦合度来确定耦合器的每个波导分支的宽度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种精确高效的太赫兹分支波导定向耦合器建模方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

步骤1.1首先确定分支波导定向耦合器的1端口和4端口之间的间距，并确定两个波导分支间的间距为λ/4；

步骤1.2然后将耦合器的第i个波导分支宽度依次设为h_i，其中，i＝1，2，…，n，n为耦合器的波导分支数且n≥3。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种精确高效的太赫兹分支波导定向耦合器建模方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：

步骤2.1利用奇偶模分析法，将耦合器四端口电路的分析简化为二端口电路的分析；

步骤2.2利用网络级联方法将二端口电路拆分为若干个T型节，整体电路的分析简化为对每个T型节电路的分析。