一种基于光子晶体波导的毫米波‑太赫兹波阻抗调配器

摘要

本发明属于无线通信技术领域，提供一种基于光子晶体波导的毫米波‑太赫兹波阻抗调配器，用以实现毫米波‑太赫兹波系统的传输匹配。本发明阻抗调配器由光子晶体波导和调节金属柱组成，光子晶体波导由两块金属板及固定连接于两块金属板之间的若干个固定金属柱构成，光子晶体波导沿中线预留缺陷结构，固定金属柱对称分布于缺陷结构两侧，金属板沿缺陷结构两侧还对称设置有若干个通孔，调节金属柱通过通孔贯通于管子晶体波导内、与金属板形成活动连接，同时，调节金属柱与固定金属柱共同形成阵列分布。本发明通过调节金属柱实现调配器中不同数量和排列方式的金属柱，形成若干种阻抗匹配，同时还具有成本低，适用范围广的优点。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及光子晶体波导阻抗调配器，具体提供一种基于光子晶体波导的毫米波-太赫兹波阻抗调配器。

背景技术

光子晶体是人工控制不同介电系数的材料按照周期排列组成的微型结构，构成材料的介电常数变化周期为波长的数量级。光子晶体最显著的特点就是对应有光子带隙，由此光子晶体应用在波导、谐振腔、滤波器等器件上有很大的优势。

阻抗调配器是一个二端口器件，主要用于电磁波传输系统中，它的作用是在电磁波传输系统终端或者传输线的连接处出现阻抗不匹配时，保持输入端反射很小。阻抗调配器的性能关系到微波系统的工作效率、功率容量与传输稳定性，关系到微波测量系统中的误差大小和测量精度高低，以及微波元器件的性能和寿命等一系列问题。随着无线通信相关领域的发展，特别是5G通信技术，无线电波的应用频率已提高到毫米波-太赫兹波频段，因此毫米波-太赫兹波频段领域技术得到更加广泛的推广也面临了更多的挑战，研究新型的毫米波-太赫兹波的阻抗调配器也变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光子晶体波导的毫米波-太赫兹波阻抗调配器，以实现毫米波-太赫兹波系统的传输匹配。为实现该目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于光子晶体波导的毫米波-太赫兹波阻抗调配器，由光子晶体波导和调节金属柱组成，所述光子晶体波导由两块金属板及固定连接于两块金属板之间的若干个固定金属柱构成，所述光子晶体波导沿中线预留缺陷结构，所述固定金属柱对称分布于缺陷结构两侧，所述金属板沿缺陷结构两侧还对称设置有若干个通孔，所述调节金属柱通过通孔贯通于管子晶体波导内、与金属板形成活动连接，同时，调节金属柱与固定金属柱共同形成阵列分布。

进一步的，所述缺陷结构的宽度大于两块金属板之间的间距。

所述金属柱(包括固定金属柱与调节金属柱)间距为a，a<1/2λ、λ为波导波长；所述金属柱采用圆柱、正六棱柱或立方柱；采用圆柱时，其半径为0.2a～0.4a；采用六棱柱时，其对角线长为0.4a～0.8a；采用立方柱时，其边长为0.4a～0.8a。

所述调节金属柱与固定金属柱沿缺陷结构两侧分别构成M行、N列的阵列，M为≥2的自然数，N为≥3的自然数。

所述调节金属柱采用设置有限位凸起的柱状结构。

更进一步的，所述阻抗调配器中，调节金属柱通过机械结构插入或拔出光子晶体波导中，通过调节插入或拔出光子晶体波导中调节金属柱的位置和数量，利用光子带隙效应改变光子晶体波导阻抗调配器的宽边长度，从而引入多个阻抗变换面，改变了波导的传输特性，即实现对波导的阻抗进行调配。所述调节金属柱的插拔规则满足同一行优先插拔更靠近缺陷结构的调节金属柱。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种基于光子晶体波导的毫米波-太赫兹波阻抗调配器，通过调节金属柱实现调配器中不同数量和排列方式的金属柱，形成若干种阻抗匹配，还可将其制成表格，通过查表即对负载阻抗进行匹配；并且，阻抗调配器中调节金属柱数量越多，可以实现的调配范围越大；本发明能够利用光子晶体结构在高频电磁波中对负载阻抗进行快速匹配，同时还具有成本低，适用范围广的优点。

附图说明

图1为实施例中采用金属圆柱的三维结构示意图。

图2为实施例中采用金属圆柱的俯视图。

图3为实施例中采用金属圆柱的二维结构横向剖面图，其中A代表通带，即主传输线；B代表固定金属柱；C代表调节金属柱。

图4为实施例中调节金属圆柱的二维结构横向剖面图。

图5为实施例中调节金属圆柱的俯视图。

图6为实施例中采用正六棱柱的俯视图。

图7为实施例中采用立方柱的俯视图。

图8为实施例中拔出四根金属圆柱的其中一种情形三维结构图。

图9为实施例中在史密斯圆图上显示的一种调配范围示例。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

本实施例提供一种基于光子晶体波导的毫米波-太赫兹波阻抗调配器，其结构如图1、图2、图3所示，其中，调节金属柱与固定金属柱均采用圆柱；在本实施例中，如图8所示，选取BJ900矩形波导(宽边2.54mm，窄边1.27mm)作为馈入结构，选取工作频率为95GHz；两块金属板之间的间距为1.27mm，光子晶体波导两边的光子晶体结构由金属圆柱构成，圆柱直径1mm，间距1.5mm，两边光子晶体结构的间距为2.54mm；调配器由两侧均为8根的调节金属圆柱组成，分别构成2*4的金属柱阵列；金属板与金属柱材质均为铜。

图4为本实施例中可调节圆柱的二维结构横向剖面图，图5为本实施例中可调节圆柱的俯视图；可调节圆柱B下端半径为0.5mm，上端半径为0.6mm。金属柱垂直插入于光子晶体波导中，通过伸入或拉出可调节铜柱C，改变其插入光子晶体波导中的数量和排列方式，改变光子晶体波导的阻抗；将改变的若干种阻抗制成表格，通过查表即对负载阻抗进行匹配。

图8为本实施例中拔出4根金属柱的其中一种情形的三维结构图；本实施例中，拔出2根金属柱共有120种阻抗组合，拔出3根金属柱共有560种阻抗组合，拔出3根金属柱共有1820种阻抗组合，随着拔出的金属柱数量的增加，阻抗组合的数量也将增加；与此同时，调配器中的可插拔的金属柱数量越多，阻抗调配范围越大。

图9为本实施例中在95GHz频率下改变1～4根可调节铜柱在史密斯圆图上表示的阻抗调配范围。

其他实施例中，如图6、图7所示，所述金属柱还可采用正六棱柱或立方柱。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。