一種太赫茲波導耦合器的製造方法

2023-09-15 21:07:50

一種太赫茲波導耦合器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種太赫茲波導耦合器，它包括輸入錐形波導，輸出耦合波導，太赫茲發射器固定臺；其特點為：太赫茲發射器固定臺分設二個臺階，其低階中部垂直設有一錐形通孔；高階臨近與低階相接處的邊部與其平行開有兩個上下對應的通孔；輸入波導為錐筒狀輸入波導，其穿設於太赫茲發射器固定臺的錐形通孔內；錐筒狀輸入波導大直徑端為其輸入端面，小直徑端為其輸出端面；輸出耦合波導位於該錐筒狀輸入波導輸出端面的外側且與其一體成型；輸出耦合波導的軸線與錐筒狀輸入波導軸線重合。具有耦合效率高，集成度高，可適應多種端面尺寸波導的特點；其結構簡單，易於加工，可廣泛應用於太赫茲波導的測試及應用研究中。
【專利說明】一種太赫茲波導耦合器

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種太赫茲波導耦合器，具體講是一種將太赫茲發射器產生的太赫茲輻射波耦合進各種端面形狀的太赫茲波導耦合器。

【背景技術】
[0002]太赫茲是指頻率段在0.1THz到1THz的電磁輻射波。太赫茲波由於具有瞬態性、低能性和相干性等獨特性質，在無損檢測、衛星通信、軍用雷達、醫療衛生等眾多領域具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。這其中，太赫茲波導作為傳輸太赫茲波的有效手段，是研究物質太赫茲光譜、進行物質檢測和探測的關鍵器件。
[0003]如何高效率的將太赫茲輻射波耦合進入太赫茲波導已成為國內外研究的重點。目前，國內外比較流行的方法是利用透鏡組將太赫茲波收集並匯聚進波導，但這種方法產生的太赫茲匯聚光斑較大，且耦合效率較低，損耗過大。


【發明內容】

[0004]為了解決上述現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種具有高耦合效率、多類型波導接入、併集成了太赫茲發射器固定臺的一體化太赫茲波導耦合器。
[0005]為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:一種太赫茲波導耦合器，其特點為:它包括輸入波導、輸出耦合波導和一長方體臺階狀的太赫茲發射器固定臺；其中，太赫茲發射器固定臺分為2個臺階，其低階的中部沿其階面垂直開設有一錐形通孔；高階臨近與低階相接處的邊部與該錐形通孔平行開有2個上下分布且間隔設置的盲孔；所述輸入波導為錐筒狀輸入波導，其穿設於所述錐形通孔內；該錐筒狀輸入波導的大口徑端為其輸入端面，小口徑端為其輸出端面；所述輸出耦合波導位於該錐筒狀輸入波導輸出端面的外側且與其一體成型；輸出耦合波導的軸心與錐筒狀輸入波導的軸心重合。
[0006]上述錐筒狀輸入波導的長度為15mm-30mm，其錐角的角度為10°?40° ;錐筒狀輸入波導的輸入端面的直徑為Imm?20mm,輸出端面的直徑為0.1mm?2mm。
[0007]2個盲孔的孔徑相同，均為3mm ；2個盲孔各自軸線的間隔距離為1mm ;每個盲孔內設有螺紋，其螺紋的牙距為0.5mm，盲孔的深度為10-12mm;2個盲孔軸線的垂直中分線延長與錐筒狀輸入波導的軸線垂直相交，其間距為20mm。
[0008]上述太赫茲發射器固定臺的長度為30mm-60mm,寬度為15mm-30mm,高度與寬度相同；其低階的厚度與上述錐筒狀輸入波導的長度相同；高階的厚度比低階的厚度要厚2-5mm。
[0009]上述的輸出耦合波導為由空心圓柱體、空心矩形立方體或一對互為平行且相對設置的平板構成。
[0010]其中，輸出耦合波導為空心圓柱體時，其空心圓柱體的長度為I?10mm，內徑為
0.2~1 mm ;壁厚為 0.1 ?1mm。
[0011]輸出耦合波導為空心矩形立方體時，其長度為I?10mm，內徑的寬度與高度相同，均為0.1?2mm,壁厚為0.1?1mm。
[0012]輸出耦合波導為一對互為平行且相對設置的平板輸出耦合波導時，2個平板的大小規格相同，每塊平板的長度為I?1mm,寬度為2?20mm,厚度為0.1?Imm ；2個平板之間的間距為0.1?2mm。
[0013]本發明的太赫茲波導耦合器所用的材料可選用鋁、鐵或銅中任一種。
[0014]由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果如下:1)輸入錐形波導的設計可以完全將太赫茲發射器產生的太赫茲輻射波進行收集，並匯聚至錐形波導的輸出端面；2)耦合輸出波導與錐形波導的輸出端面相連，並且耦合輸出波導的結構可以為圓柱體、矩形長方體、或者是一對互相平行的平板，這樣設計可以實現對接不同埠尺寸和形狀的太赫茲波導，極大拓展了耦合器的使用範圍，提升了靈活性；3)將太赫茲發射器固定在波導耦合器的固定臺上，這樣設計可以將太赫茲發射器產生的太赫茲輻射波進行完全收集，進一步提升了波導耦合器的耦合效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實例一立體結構示意圖。
[0016]圖2為圖1A-A向剖面結構示意圖。
[0017]圖3為圖1B向結構示意圖。
[0018]圖4為本發明實例二、實例三的立體結構示意圖。
[0019]圖5為圖4C向實例二的結構示意圖。
[0020]圖6為圖4C向實例三的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0021]本發明的太赫茲波導耦合器，它包括輸入波導、輸出耦合波導和一長方體臺階狀的太赫茲發射器固定臺；其中，太赫茲發射器固定臺分為2個臺階，其低階的中部沿其階面垂直開設有一錐形通孔；高階臨近與低階相接處的邊部與該錐形通孔平行開有2個上下分布且間隔設置的盲孔；所述輸入波導為錐筒狀輸入波導，其穿設於所述錐形通孔內；該錐筒狀輸入波導的大口徑端為其輸入端面，小口徑端為其輸出端面；所述輸出耦合波導位於該錐筒狀輸入波導輸出端面的外側且與其一體成型；輸出耦合波導的軸心與錐筒狀輸入波導的軸心重合。
[0022]上述錐筒狀輸入波導的長度為15mm-30mm，其錐角的角度為10°?40° ;錐筒狀輸入波導的輸入端面的直徑為Imm?20mm,輸出端面的直徑為0.1mm?2mm。
[0023]2個盲孔的孔徑相同，均為3mm ；2個盲孔各自軸線的間隔距離為1mm ;每個盲孔內設有螺紋，其螺紋的牙距為0.5mm，盲孔的深度為10-12mm ;2個盲孔軸線的垂直中分線延長與錐筒狀輸入波導的軸線垂直相交，其間距為20mm。
[0024]上述太赫茲發射器固定臺的長度為30mm-60mm,寬度為15mm-30mm,高度與寬度相同；其低階的厚度與上述錐筒狀輸入波導的長度相同；高階的厚度比低階的厚度要厚2-5mm。
[0025]上述的輸出耦合波導為由空心圓柱體、空心矩形立方體或一對互為平行且相對設置的平板構成。
[0026]其中，輸出耦合波導為空心圓柱體時，其空心圓柱體的長度為I?10mm，內徑為
0.2~1 mm ;壁厚為 0.1 ?1mm。
[0027]輸出耦合波導為空心矩形立方體時，其長度為I?10mm，內徑的寬度與高度相同，均為0.1?2mm,壁厚為0.1?1mm。
[0028]輸出耦合波導為一對互為平行且相對設置的平板時，2個平板的大小規格相同，每塊平板的長度為I?1mm,寬度為2?20mm,厚度為0.1?Imm ；2個平板之間的間距為
0.1 ?2mm。
[0029]本發明的太赫茲波導耦合器所用的材料可選用鋁、鐵、銅或合金材料中任一種。
[0030]以下通過實例並結合附圖對本發明的技術方案作進一步詳細說明。
[0031]實例一:
[0032]如圖1、圖2、圖3所示，本發明的太赫茲波導耦合器，由一個長方體LY12鋁合金塊加工而成；其結構包括輸入波導，輸出耦合波導2，太赫茲發射器固定臺3組裝而成；其中，太赫茲發射器固定臺3分設為2個臺階，2個臺階的寬度相同，其低階的中部沿其階面垂直開設有一錐形通孔；高階臨近與低階相接處的邊部與該錐形通孔平行開有2個上下分布且間隔設置的盲孔；所裝的輸入波導為錐筒狀輸入波導1，其穿設於錐形通孔內；該錐筒狀輸入波導I的大口徑端為其輸入端面11，其直徑為20mm ;小口徑端為其輸出端面12，直徑為2mm，也可根據實際使用需要設定為I?1mm ;錐筒狀的錐角為25° ;輸出耦合波導2為空心圓柱體，該空心圓柱體輸出耦合波導21位於錐筒狀輸入波導I輸出端面12的外側且與其一體成型；空心圓柱體輸出耦合波導21的軸心與錐筒狀輸入波導I的軸心重合。
[0033]本實例中，空心圓柱體輸出I禹合波導21的長度為4mm,其內徑與錐筒狀輸入波導I的輸出端面12的內徑相同，為2mm,壁厚為0.4mm ；
[0034]太赫茲發射器固定臺3的長度為30mm ;寬度為15mm ;高度為20mm ;其中，2個盲孔的孔徑相同，均為3mm ;該盲孔的深度為Ilmm ;根據太赫茲發射器固定臺設定的要求，其盲孔的深度還可以是10-12mm ;盲孔內螺紋的牙距為0.5mm，2個盲孔各自軸心線的垂直間距為1mm ;2個盲孔中心連線的垂直中分線與輸入錐形波導I的軸心線垂直相交，其間距為20mm ;太赫茲發射器固定臺3開設盲孔的高階臺面的厚度比安裝錐筒狀輸入波導I的低階厚度厚出2mm。
[0035]實例二:
[0036]如圖4、圖5所示，本實例中的太赫茲波導耦合器，其錐筒狀輸入波導1，輸出耦合波導，太赫茲發射器固定臺3的成型方式均與實例一相同，錐筒狀輸入波導I與輸出耦合波導的軸線互相重合。
[0037]本實例中所用材料基本與實例一相同，在此不再贅述。
[0038]其不同點在於:所用的輸出耦合波導結構不同，為空心矩形立方體構成:其空心矩形立方體輸出耦合波導22的內徑位於錐筒狀輸入波導I的輸出埠 12外側的周邊且為一體成型；該空心矩形立方體輸出耦合波導22的長度為4mm，其內徑為矩形，其矩形的寬度和高度的尺寸相同，均為2_，壁厚為0.4mm ;該空心矩形立方體輸出耦合波導21的長度還可根據錐筒狀輸入波導I設計的大小設定為I?10mm，空心矩形立方體的內徑，其寬度與高度相同，均為0.1?2mm,壁厚為0.1?1mm。
[0039]實例三:
[0040]如圖4、圖6所示，本發明的太赫茲波導耦合器，其錐筒狀輸入波導1，輸出耦合波導，太赫茲發射器固定臺3的成型方式相同，錐筒狀輸入波導I與輸出耦合波導的軸線互相重合。
[0041]本實例中的結構和所用材料基本與實例一相同，在此不再贅述。
[0042]其不同點在於:所用的輸出I禹合波導為平板輸出I禹合波導23,該平板輸出f禹合波導23為一對上下設置且相互平行的平板構成:其平板的內側邊位於錐筒狀輸入波導I的輸出端面12外徑的上下處；該平板輸出耦合波導23中，2塊平板的大小規格相同；每塊平板的長度為4mm,寬度為1mm,厚度為0.4mm ；2塊平板之間的垂直距離為2mm。
[0043]當錐筒狀輸入波導I的錐筒狀尺寸依據太赫茲波導耦合器低階開設的錐形通孔大小變化時，平板輸出耦合波導23每塊平板的規格還可在長度I?10mm，寬度2?20mm，厚度0.1?Imm的範圍內根據需要設定；2個平板之間的間距在0.1?2mm範圍內設定。
[0044]本發明的太赫茲波導耦合器是一種高耦合效率、多類型波導接入、併集成了太赫茲發射器固定臺的一體化太赫茲波導耦合器。
[0045]其工作原理如下:太赫茲波導耦合器是將自由空間傳播的太赫茲波耦合進入太赫茲波導的器件。首先，在自由空間傳播的太赫茲波會進入波導耦合器中錐筒形波導的輸入端面；其次，由於輸入錐形波導的錐形結構設計，太赫茲波會被限制在這部分波導內，並通過這個錐形波導的輸出端面出射，進入到輸出耦合波導；最後，通過這個最後的輸出耦合波導，將太赫茲波的傳播進一步約束，並送入太赫茲波導內。太赫茲波導將於這最後一段輸出耦合波導進行嵌入式連接，通過設計輸出偶和波導的外徑使其小於太赫茲波到的內徑，以達到太赫茲波導外插入這最後一段輸出偶和波導的效果。整個約束原理是利用光在波導耦合器內的鏡面全反射來達到的。
[0046]整體結構設計的太赫茲波導耦合器，其優勢在於:通過固定臺上的兩個盲孔可以將整個耦合器進行固定；輸出耦合波導的可以設計成多種形狀，用以滿足後面接入的太赫茲波導的尺寸。利用鏡面全反射原理約束太赫茲波，已達到匯聚輸出的效果，這樣做可以有效減少太赫茲波能量的損失。
【權利要求】
1.一種太赫茲波導I禹合器，其特徵在於:它包括輸入波導(I)、輸出I禹合波導(2)和一長方體臺階狀的太赫茲發射器固定臺(3);其中，太赫茲發射器固定臺(3)分為二個臺階，其低階的中部沿其階面垂直開設有一錐形通孔；高階臨近與低階相接處的邊部與該錐形通孔平行開有2個上下分布且間隔設置的盲孔；所述輸入波導為錐筒狀輸入波導(1)，其穿設於所述錐形通孔內；所述錐筒狀輸入波導(I)的大口徑端為其輸入端面(11)，小口徑端為其輸出端面(12);所述輸出耦合波導(2)位於該錐筒狀輸入波導(I)輸出端面的外側且與其一體成型；所述輸出耦合波導(2)的軸心與所述錐筒狀輸入波導(I)的軸心重合。
2.根據權利要求1所述太赫茲波導耦合器，其特徵在於:所述錐筒狀輸入波導(I)的長度為15mm-30mm,其錐角的角度為10°?40° ;所述輸入端面(11)的直徑為Imm?20mm;所述輸出端面(12)的直徑為0.1mm?2mm。
3.根據權利要求2所述太赫茲波導耦合器，其特徵在於:2個所述盲孔的孔徑相同，均為3mm ;2個盲孔各自軸線的間隔距離為1mm ;每個盲孔內設有螺紋，其螺紋的牙距為0.5_，盲孔的深度為10-12_ ；2個所述盲孔軸線的垂直中分線延長與所述錐筒狀輸入波導(I)的軸線垂直相交，其間距為20mm。
4.根據權利要求3所述太赫茲波導耦合器，其特徵在於:所述太赫茲發射器固定臺(3)的長度為30mm-60mm，寬度為15mm-30mm，高度與寬度相同；其低階的厚度與所述錐筒狀輸入波導(I)的長度相同；所述高階的厚度比所述低階的厚度厚2-5mm。
5.根據權利要求1一 4任一項所述太赫茲波導耦合器，其特徵在於:所述輸出耦合波導(2)為由空心圓柱體、空心矩形立方體或一對互為平行且相對設置的平板構成。
6.根據權利要求5所述太赫茲波導耦合器，其特徵在於:所述輸出耦合波導(2)為空心圓柱體輸出耦合波導(21)，其空心圓柱體的長度為I?10mm，內徑為0.2-lmm ;壁厚為0.1 ?Imnin
7.根據權利要求5所述太赫茲波導耦合器，其特徵在於:所述輸出耦合波導(2)為空心矩形立方體輸出耦合波導(22)，其長度為I?10mm，其內徑的寬度與高度相同，均為0.1?2mm,壁厚為0.1?1mm。
8.根據權利要求5所述太赫茲波導耦合器，其特徵在於:所述輸出耦合波導(2)為一對互為平行且相對設置的平板輸出耦合波導(23);其中，2個平板的大小相同，每塊平板的長度為I?1mm,寬度為2?20mm,厚度為0.1?Imm ；2個平板之間的間距為0.1?2mm。
【文檔編號】H01P5/18GK104051836SQ201410256767
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】陳天霽, 和挺, 沈京玲, 張波 申請人:首都師範大學