太赫兹过模传输线损耗研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)电子科技大学物理电子学院 作者:陈 驰

  太赫兹波的频率较高,在波导传输中损耗较大。本文采用微扰法对太赫兹波在矩形波导和圆波导中传输时的损耗进行了理论分析,并对矩形波导与圆波导中不同频率,不同尺寸以及不同模式的衰减特性进行了比较,结果表明采用圆波导TE0n模传输可获得最小的衰减。

  由于太赫兹波在技术上介于微波技术和光学技术之间,所以相当长一段时间内,因受波源和探测技术的限制,少有人问津,以致形成远红外和亚毫米波空白区,即“太赫兹空白区”。但近几年,随着太赫兹波发生技术上取得的一系列进展,尤其是量子级联激光器、THz-TDS、自由电子产生大功率连续太赫兹波源(回旋管)技术的发展,以及在太赫兹波探测、成像等方面取得的一系列进展,在全世界范围内已经形成了一个太赫兹科学技术的研究热潮。

  在传输方面,由于太赫兹波在自由空间中的传输损耗很大,因此,太赫兹传输线的研究就成了太赫兹器件的重要基础,也是太赫兹波能否广泛应用的关键,国内外均对低损耗太赫兹传输线展开了深入的研究。

  对于大功率太赫兹源,一般采用波导传输的方式来传输太赫兹波,因此本文主要讨论矩形波导以及圆波导传输太赫兹波中的损耗,由于有限电导率和有耗电介质,所有的传输线都是有耗的,波导导体损耗由波导壁上的表面电流和表面电阻产生了热损耗,而波导内介质不理想,所以介质也已热的形式消耗能量。在不填充的特殊介质的波导中,波导导体损耗远远大于介质损耗。

  1、理论分析

  当导体和介质是有耗的时候,可用复介电常数和复磁导率来包含损耗即,有ε=ε′-jε″ 和μ=μ′-jμ″,可以得到坡印廷定理的复数表达式:

太赫兹过模传输线损耗研究

  结论

  本文推导了波导传输线的损耗的计算方法,对矩形波导与圆波导中不同频率,不同尺寸以及不同模式的衰减特性进行了比较。通过数值计算可知波导尺寸越大,传输太赫兹波时的损耗越小,矩形波导中损耗最小的模式为TE10模,圆波导中损耗最小的模式为TE01模。相同截面积时,圆波导的损耗小于矩形波导。当圆波导中采用TE0n模式时,易实现低损耗传输,但TE0n并不是圆波导中的基模,在其传输中容易因为波导的不规则发生模式突变,因此需进一步研究保持圆波导中的模式稳定的方法。

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