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宽频太赫兹非对称主副波导定向耦合器设计

董兰宵 南雪莉 刘昊炀 段启凯 董金峰

董兰宵, 南雪莉, 刘昊炀, 段启凯, 董金峰. 宽频太赫兹非对称主副波导定向耦合器设计[J]. 红外技术, 2022, 44(9): 986-990.
引用本文: 董兰宵, 南雪莉, 刘昊炀, 段启凯, 董金峰. 宽频太赫兹非对称主副波导定向耦合器设计[J]. 红外技术, 2022, 44(9): 986-990.
DONG Lanxiao, NAN Xueli, LIU Haoyang, DUAN Qikai, DONG Jinfeng. Broadband Terahertz Asymmetric Primary and Secondary Waveguide Directional Coupler Design[J]. Infrared Technology , 2022, 44(9): 986-990.
Citation: DONG Lanxiao, NAN Xueli, LIU Haoyang, DUAN Qikai, DONG Jinfeng. Broadband Terahertz Asymmetric Primary and Secondary Waveguide Directional Coupler Design[J]. Infrared Technology , 2022, 44(9): 986-990.

宽频太赫兹非对称主副波导定向耦合器设计

基金项目: 

国家自然科学基金 6180031506

详细信息
    作者简介:

    董兰宵(1997-),女,硕士研究生,RF射频器件设计。E-mail:dlxjynky@163.com

    通讯作者:

    南雪莉(1987-),女,博士,副教授,主要从事MEMS射频器件及系统、先进制造技术等方面的研究。E-mail:nanxueli@sxu.edu.cn

  • 中图分类号: TN814

Broadband Terahertz Asymmetric Primary and Secondary Waveguide Directional Coupler Design

  • 摘要: 基于微型无人机雷达、精确制导武器雷达及无线通信终端设备的应用前景,设计了一种非对称主副波导定向耦合器。该耦合器采用主副波导为不同形状的等间距多孔耦合结构,将主矩形波导TE10模的信号耦合到副圆形波导TE11模中,利用相位叠加原理使得隔离端口相位达到反向相消的效果,能够得到良好的耦合度和隔离度。该耦合器中心频率为400 GHz,相对带宽为40 GHz,结果表明,定向耦合器耦合度达到-13.8~-12.8 dB,实现了弱耦合效果且耦合度稳定性较好,隔离度优于-24.5 dB,直通插入损耗为-3~-2.5 dB,性能良好。
  • 图  1  定向耦合器结构(a)三维视图;(b)俯视图;(c)侧视图

    Figure  1.  Directional coupler structure (a)3D view; (b) Top view; (c) Side view

    图  2  排间距p′对耦合性能的影响

    Figure  2.  The effect of row spacing p′ on the degree of coupling

    图  3  孔边长l对耦合性能的影响(a) d′=2 μm,p′=12 μm;(b) d′=12 μm,p′=52 μm

    Figure  3.  The effect of hole length l on the degree of coupling (a) d′=2 μm, p′=12 μm; (b) d′=12 μm, p′=52 μm

    图  4  孔厚度m对耦合性能的影响

    Figure  4.  The influence of hole thickness m on coupling degree

    图  5  定向耦合器S参数

    Figure  5.  S parameters of directional coupler

    图  6  定向耦合器各端口回波损耗

    Figure  6.  Return loss of each port of the directional coupler

    图  7  定向耦合器场分布(a)电场分布;(b)磁场分布

    Figure  7.  Field distribution of directional coupler (a) electric field distribution; (b) magnetic field distribution

    表  1  波导截止波长

    Table  1.   Waveguide cutoff wavelength

    Main rectangular waveguide Deputy circular waveguide
    Cutoff wavelength λ<2a λ<2πR/μmn
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    表  2  定向耦合器各参数尺寸

    Table  2.   Dimensions of each parameter of directional coupler

    Parameters N a b p l d m
    Size/μm 7000 508 254 52 156 12 90
    下载: 导出CSV
  • [1] Jepsen P U, Cooke D G, Koch M. Terahertz spectroscopy and imaging: modern techniques and applications[J]. Laser & Photonics Reviews, 2011, 5(1): 124-166.
    [2] CHIU C L, LIAO Y H. Analysis of a single ring resonator with 2×2 90-degree multimode waveguide turning couplers[J]. Optics Communications, 2016, 361: 124-129. doi:  10.1016/j.optcom.2015.09.096
    [3] 郑新, 刘超. 太赫兹技术的发展及在雷达和通讯系统中的应用(Ⅰ)[J]. 微波学报, 2010, 26(6): 1-6. Doi:10.14183/j.cnki.1005-6122.2010. 06.014.

    ZHENG Xin, LIU Chao. Recent development of THz technology and its application in radar and communication system(Ⅰ)[J]. Journal of Microwaves, 2010, 26(6): 1-6. Doi:  10.14183/j.cnki.1005-6122.2010.06.014.
    [4] 皇甫一江. 太赫兹真空电子器件的发展及其在雷达中的应用[J]. 舰船电子对抗, 2021, 44(6): 111-116. Doi: 10.16426/j.cnki.jcdzdk. 2021.06.022.

    HUANGFU Yijiang. The development of Terahertz vacuum electric devices and their application to radars[J]. Shipboard Electronic Countermeasure, 2021, 44(6): 111-116. Doi: 10.16426/j.cnki.jcdzdk. 2021.06.022.
    [5] Hirata A, Yamaguchi R, Kosugi T, et al. 10-Gbit/s wireless link using InP HEMT MMICs for generating 120-GHz-band millimeter-wave signal[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques, 2009, 57(5): 1102-1109.
    [6] 曹乃胜, 罗勇, 王建勋. 圆波导-矩形波导小孔耦合定向耦合器设计[J]. 强激光与粒子束, 2008(4): 637-640. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QJGY200804024.htm

    CAO Naisheng, LUO Yong, WANG Jianxun. Design of aperture-coupling directional coupler[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2008(4): 637-640. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QJGY200804024.htm
    [7] Gentili G G, Lucci L, Nesti R, et al. A novel design for a circular waveguide directional coupler[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques, 2009, 57(7): 1840-1849.
    [8] 陈卯燕, 杨欢, 马军, 等. 一种Q波段多孔耦合型定向耦合器[J]. 微波学报, 2020, 36(5): 74-77, 82. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WBXB202005016.htm

    CHEN Maoyan, YANG Huan, MA Jun, at el. A Q-band directional coupler based on multi-hole coupling[J]. Journal of Microwaves, 2020, 36(5): 74-77, 82. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WBXB202005016.htm
    [9] Gallot G, Jamison S P, Mcgowan R W, et al. Terahertz waveguides[J]. J. Opt. Soc. Am. B, 2000, 17(5): 851-863. doi:  10.1364/JOSAB.17.000851
    [10] 孙玉洁. 硅基太赫兹波导定向耦合器的设计及制备[D]. 太原: 中北大学, 2017.

    SUN Yujie. Design and Fabrication on Silicon-based Terahertz Waveguide Directional Coupler[D]. Taiyuan: North University Of China, 2017.
    [11] 宋俊逸. 大功率毫米波过模波导定向耦合器的设计[D]. 成都: 电子科技大学, 2018.

    SONG Junyi. Design of Over-moded Waveguide Directional Coupler For High Power Millimeter Wave Transmission Line[D]. Chengdu: School of Electronic Science and Engineering, 2018.
    [12] 侯艳茹, 胡卫东, 孙浩. 一种16孔TE21模耦合器的改进设计[J]. 微波学报, 2020, 36(S1): 263-266. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WBXB2020S1075.htm

    HOU Yanru, HU Weidong, SUN Hao. An improved design of 16-hole TE21 mode coupler[J]. Journal of Microwaves, 2020, 36(S1): 263-266. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WBXB2020S1075.htm
    [13] Bethe H A. Theory of diffraction by small holes[J]. Physical Review, 1944, 66(7-8): 163.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-22
  • 修回日期:  2022-04-11
  • 刊出日期:  2022-09-20

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