[发明专利]一种过渡结构及其应用、双模谐振波导激励方法

说明书

本公开提供了一种基于接地共面波导‑矩形波导的过渡结构，包括：矩形波导；位于矩形波导上的介质基板，其中，在介质基板的上表面和下表面分别涂敷金属层形成接地共面波导上接地层和接地共面波导下接地层，接地共面波导上接地层、介质基板及接地共面波导下接地层构成接地共面波导；其中，接地共面波导下接地层，包括：耦合窗口和设置在耦合窗口内的U形膜片，该U形膜片用于产生双谐振模式的波导传输信号；接地共面波导上接地层，包括：开路枝节，开路枝节用于准TEM模式与TE₁₀模式间的功率转换。本公开还提供了一种基于接地共面波导‑矩形波导的过渡结构的双模谐振波导激励方法及其应用。

技术领域

本公开涉及太赫兹系统技术领域，具体涉及一种过渡结构及其应用、双模谐振波导激励方法。

背景技术

微机械封装是发展太赫兹多像素外差阵列仪器和其他先进太赫兹系统的最佳选择。矩形波导由于其优异的耐久性和低插入损耗的优点，被认为是太赫兹封装最合适的接口。传统的计算机数控金属加工仍然可以用于组件和简单的单像素接收器制造，但当需要高度紧凑和集成系统时就不足了。将电路组件垂直安装是一种可行的解决方案，因为本振和中频路径可以移动到垂直维度，可以为这些基于波导的前端接收器组件(如倍频器和混频器)提供更高的电路密度。

在这些垂直结构的有源和无源模块中，矩形波导接口与平面有源电路之间的互连对传输性能起着至关重要的作用。接地共面波导在平面微波电路中具有较低的高频辐射损耗，因此得到了广泛的应用。因此，从接地共面波导平面电路到矩形波导立体组件的垂直连接和过渡对于整个太赫兹模块或系统至关重要。传统的接地共面波导-矩形波导垂直过渡主要包括探针/天线馈电、脊波导过渡和缝隙耦合。微带探针激励是目前最常用的过渡结构，利用短谐振腔来提高带宽和过渡效率，增加了太赫兹波段微组装过程的复杂性。脊波导过渡采用了波导中的金属脊，金属脊必须安装在波导内部，导致复杂的制造和微组装过程。缝隙耦合激励方式利用地面上的缝隙将电磁长从接地共面波导耦合到矩形波导，当激励用于宽带应用时，会导致一定的辐射损失。因此在太赫兹频段有必要开发一种降低微组装难度以及损耗低的垂直过渡结构，实现太赫兹接地共面波导平面电路与波导器件的高效率传输。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种基于接地共面波导-矩形波导的过渡结构及其应用、双模谐振波导激励方法，该过渡结构采用圆形或扇形开路枝节来转换接地共面波导与矩形波导之间的电磁场。同时，在波导波导口嵌入U形膜片激励起两种谐振模式，提高了传输带宽，该过渡结构具有效率高、制作方便和宽带传输等优势。

本公开的第一个方面提供了一种基于接地共面波导-矩形波导的过渡结构，包括：矩形波导；位于矩形波导上的介质基板，其中，在介质基板的上下表面分别涂敷金属层形成接地共面波导上接地层和接地共面波导下接地层，接地共面波导上接地层、介质基板及接地共面波导下接地层构成接地共面波导；其中，接地共面波导下接地层，包括：耦合窗口和设置在耦合窗口内的U形膜片，该U形膜片用于产生双谐振模式的波导传输信号；接地共面波导上接地层，包括：开路枝节，开路枝节用于准TEM模式与TE₁₀模式间的功率转换。

进一步地，开路枝节为圆形开路枝节或扇形开路枝节。

进一步地，接地共面波导上接地层还包括：与开路枝节连接的传输线，该传输线的末端用于将电磁波通过缝隙耦合转换为矩形波导的主传输模式。

进一步地，耦合窗口与矩形波导的波导口尺寸相同。

进一步地，介质基板包括：多个第一通孔和第二通孔，多个第一通孔位于介质基板上与矩形波导的波导口对应的外侧，第二通孔位于多个第一通孔的对称位置且U形膜片的中心位置上方。

进一步地，第二通孔为金属化匹配通孔，该金属化匹配通孔用于调节该过渡结构的工作频率。

进一步地，U形膜片产生的双谐振模式的频率与U形膜片的宽度w_i及两侧长度l_i呈负相关。