太赫茲過模傳輸線損耗研究

2013-12-07 陳 馳 電子科技大學物理電子學院

  太赫茲波的頻率較高,在波導傳輸中損耗較大。本文采用微擾法對太赫茲波在矩形波導和圓波導中傳輸時的損耗進行了理論分析,并對矩形波導與圓波導中不同頻率,不同尺寸以及不同模式的衰減特性進行了比較,結果表明采用圓波導TE0n模傳輸可獲得最小的衰減。

  由于太赫茲波在技術上介于微波技術和光學技術之間,所以相當長一段時間內,因受波源和探測技術的限制,少有人問津,以致形成遠紅外和亞毫米波空白區,即“太赫茲空白區”。但近幾年,隨著太赫茲波發生技術上取得的一系列進展,尤其是量子級聯激光器、THz-TDS、自由電子產生大功率連續太赫茲波源(回旋管)技術的發展,以及在太赫茲波探測、成像等方面取得的一系列進展,在全世界范圍內已經形成了一個太赫茲科學技術的研究熱潮。

  在傳輸方面,由于太赫茲波在自由空間中的傳輸損耗很大,因此,太赫茲傳輸線的研究就成了太赫茲器件的重要基礎,也是太赫茲波能否廣泛應用的關鍵,國內外均對低損耗太赫茲傳輸線展開了深入的研究。

  對于大功率太赫茲源,一般采用波導傳輸的方式來傳輸太赫茲波,因此本文主要討論矩形波導以及圓波導傳輸太赫茲波中的損耗,由于有限電導率和有耗電介質,所有的傳輸線都是有耗的,波導導體損耗由波導壁上的表面電流和表面電阻產生了熱損耗,而波導內介質不理想,所以介質也已熱的形式消耗能量。在不填充的特殊介質的波導中,波導導體損耗遠遠大于介質損耗。

  1、理論分析

  當導體和介質是有耗的時候,可用復介電常數和復磁導率來包含損耗即,有ε=ε′-jε″ 和μ=μ′-jμ″,可以得到坡印廷定理的復數表達式:

太赫茲過模傳輸線損耗研究

  結論

  本文推導了波導傳輸線的損耗的計算方法,對矩形波導與圓波導中不同頻率,不同尺寸以及不同模式的衰減特性進行了比較。通過數值計算可知波導尺寸越大,傳輸太赫茲波時的損耗越小,矩形波導中損耗最小的模式為TE10模,圓波導中損耗最小的模式為TE01模。相同截面積時,圓波導的損耗小于矩形波導。當圓波導中采用TE0n模式時,易實現低損耗傳輸,但TE0n并不是圓波導中的基模,在其傳輸中容易因為波導的不規則發生模式突變,因此需進一步研究保持圓波導中的模式穩定的方法。