[发明专利]用于THz应用的间隙波导结构

说明书

发明领域

本发明涉及一种使用间隙波导技术的用于特高频的微波/毫米装置，以及一种用于生产此类装置的方法。

背景

对于微波应用，固体矩形波导和同轴传输线由于其在高频下的低损耗而被使用。然而，当频率按比例放大并且物理特性尺寸按比例缩小时，它们在整合在高频系统中时会经历某些实际问题。已经介绍了其他的波导，但其经常需要导电侧壁和良好对准。即使某些结构不需要实体壁，它们在单独制造的部件之间仍然需要电接触。用于在毫米波频率(特别在100GHz以上)下运行的金属波导的传统机加工技术非常复杂和昂贵。还有，当做为组件实现或在两个块中制造时，难以在高频下实现低损耗和高Q值。原因通常是由于通过两个分离的块的微小间隙的磁场泄露，该微小间隙原因源于制造瑕疵或热膨胀所导致的金属变形。

除了高频下的这些制造问题之外，有源微波电子电路与金属波导在高频下的集成不是非常容易并且经常对工程师构成挑战。当今的平面单片微波集成电路(MMIC)与非平面金属波导不兼容并且需要使用不同的过渡，这给整个系统的增加了更多的复杂性。例如，在IEEE天线及无线传播快报(AWPL)2009年第8卷84-87页，P.-S.希达尔(P.-S.Kildal)、E.阿方索(E.Alfonso)、A.瓦莱罗-诺盖拉(A.Valero-Nogueira)、和E.拉约-伊格莱西亚斯(E.Rajo-Iglesias)的“平行金属板之间的间隙中的基于局部超材料的波导(Local metamaterial-based waveguides in gaps between parallel metal plates)”中对此进行了讨论。

另一方面，微带和共面波导线是最具有代表性的平面传输线，并且这些是非常适用于在电路板上集成有源微波组件的鲁棒、低成本的解决方案。但由于有损耗的介电材料的存在，这些线在毫米波频谱中都遭受高插入损耗。除此之外，超过临界频率之后，衬底模和所期望的模之间的耦合至关重要。因此，尽管现有传输线的许多有吸引力的特性，其在毫米波频率范围内的应用仍然关键并且对问题不免疫。

P-S希达尔等人在上文所讨论的文章中介绍了被称为脊间隙波导的新波导技术，并且还在US 2011/0181373A1中对其进行了披露。这种技术基于沿着平行板导波中的折皱的脊出现的局部波现象。在IEEE微波和无线组件快报(2009年)第19卷第536-538页，瓦莱罗-诺盖拉、E.阿方索、J.I.赫兰斯(J.I.Herranz)、P.-S.希达尔的“单硬壁波导中的局部准TEM间隙模的实验性示范(Experimental demonstration of local quasi-TEM gap modes in single-hard-wall waveguides)”中对此进行了进一步讨论。

在10和20GHz之间示范脊间隙波导本身并使用常规制作方法对其进行实现。例如，见IEEE微波和无线组件快报(2009年)第19卷第536-538页，瓦莱罗-诺盖拉、E.阿方索、J.I.赫兰斯、P.-S.希达尔的“单硬壁波导中的局部准TEM间隙模式的实验性示范(Experimental demon-stration of local quasi-TEM gap modes in single-hard-wall waveguides)”。