[发明专利]一种无谐振的宽带太赫兹隔板圆极化器

说明书

本发明公开一种无谐振的宽带太赫兹隔板圆极化器，属于太赫兹器件技术领域，具有平面对称结构，包括一对采用E面波导中心剖分制作的输入矩形波导，及采用一体化制作的一对直列式矩形波导‑半圆波导阻抗变换器、一个阶梯形隔板和一个输出公共圆波导；一对输入矩形波导分别通过对应直列式矩形波导‑半圆波导阻抗变换器与输出公共圆波导相连；阶梯形隔板位于输出公共圆波导内部对应于一对直列式矩形波导‑半圆波导阻抗变换器间隙的位置，厚度与间隙相同，并与输出公共圆波导的输入端相接。本发明避免阶梯形隔板和输出公共圆波导因剖分缝隙引起的模式谐振，实现宽频带内损耗低、幅度一致性高的无模式谐振传输。

技术领域

本发明属于太赫兹器件技术领域，具体涉及一种无谐振的宽带太赫兹隔板圆极化器。

背景技术

波导圆极化器是双极化天线馈电系统及基于圆极化模式的径向功率组合网络中的重要元件。圆极化器通常要求宽带性能优良、结构简单且紧凑，但这些特性很难存在于同一个元件中。旋转栅正交模转换器被认为是一种宽带的结构，但是它的体积过于庞大复杂。尽管目前有人提出折叠的紧凑型设计，但会增加结构的复杂性和制造难度，不适合亚毫米波和太赫兹应用。

隔板圆极化器结构简单紧凑，适合高频应用，但其工作带宽相对较窄。这个概念首先被提出时，通过倾斜的隔板和方形的公共圆波导实现了15％的分数带宽。之后有人分别提出了阶梯式隔板和阶梯厚度的隔板，获得了20％的分数带宽，接近理论单模带宽极限。再之后有人提出15％分数带宽的圆波导隔板圆极化器，由于不同端口形状的单模带宽限制，圆形波导的带宽比方形波导窄。因此，有人提出三角形公共端口的宽带隔板圆极化器，实现了37.8％的分数带宽，但是三角形端口中电场的不均匀分布会影响辐射方向图。为了扩大工作带宽并保持电场均匀性，有人在加宽矩形波导中设置反向平行的双隔板，虽然它的带宽可以达到40％，但会发生模式谐振。此外，波导内部增加额外的精确结构使其不利于扩展到亚毫米和太赫兹波段。

除了调整端口形状或在波导内部增加额外结构以拓宽理论单模带宽外，另一种方法是允许圆极化器在单模带宽之外的频率工作。通过仔细优化公共的波导和隔板尺寸，可以降低高阶模式的水平。其优点在于这不会额外增加制造难度，可以应用于更高频段。目前，在微波频段实现无谐振的宽带隔板圆极化器相对容易，因为与波长相比，制造误差可以忽略不计，测试与仿真结果的一致性高。但目前报道的毫米波波段的隔板圆极化器在某些频率上仍然存在谐振，使其难以向更高的频率拓展。因此，在太赫兹频率下实现宽带无谐振的隔板圆极化器仍然非常具有挑战性。

此外，模式谐振受波导剖分和制造方法影响，特别是对于流行的金属分块技术，模块间的不良接触会引入可变的空气缝隙。在现存的技术中，几乎所有隔板圆极化器的波导阻抗变换器都与其公共端口不在同一直线上，这使得隔板圆极化器只能在公共圆波导的顶部、中间或侧面进行剖分，以适应金属精密加工技术。然而，这些剖分方式都将导致公共端口和阻抗变换器部分产生空气缝隙。在太赫兹频段，波导剖分缝隙与工作波长相比拟，这些缝隙会引起严重的电磁泄露。此外，由于宽带隔板圆极化器的隔板部分尺寸敏感度，传统剖分方式产生的空气缝隙引入了不连续性，使其极易在单模带宽以外激励起高次模，产生模式谐振。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种无谐振的宽带太赫兹隔板圆极化器，降低隔板圆极化器在太赫兹频段的剖分泄露，避免剖分缝隙引起的模式谐振，具有结构简单紧凑、正交模幅度一致性高、损耗低、工作带宽大、无模式谐振的优点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种无谐振的宽带太赫兹隔板圆极化器，其特征在于，包括一对输入矩形波导、一对直列式矩形波导-半圆波导阻抗变换器、一个阶梯形隔板和一个输出公共圆波导；