太赫茲過(guò)模傳輸線(xiàn)損耗研究

2013-12-07 陳　馳 電子科技大學(xué)物理電子學(xué)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(shí)的損耗進(jìn)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(jìn)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(shù)上介于微波技術(shù)和光學(xué)技術(shù)之間，所以相當長(cháng)一段時(shí)間內，因受波源和探測技術(shù)的限制，少有人問(wèn)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(zhù)太赫茲波發(fā)生技術(shù)上取得的一系列進(jìn)展，尤其是量子級聯(lián)激光器、THz-TDS、自由電子產(chǎn)生大功率連續太赫茲波源(回旋管)技術(shù)的發(fā)展，以及在太赫茲波探測、成像等方面取得的一系列進(jìn)展，在全世界范圍內已經(jīng)形成了一個(gè)太赫茲科學(xué)技術(shù)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(xiàn)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(guān)鍵，國內外均對低損耗太赫茲傳輸線(xiàn)展開(kāi)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(lái)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(zhì)，所有的傳輸線(xiàn)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(chǎn)生了熱損耗，而波導內介質(zhì)不理想，所以介質(zhì)也已熱的形式消耗能量。在不填充的特殊介質(zhì)的波導中，波導導體損耗遠遠大于介質(zhì)損耗。

　　1、理論分析

　　當導體和介質(zhì)是有耗的時(shí)候，可用復介電常數和復磁導率來(lái)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(guò)模傳輸線(xiàn)損耗研究

　　結論

　　本文推導了波導傳輸線(xiàn)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(jìn)行了比較。通過(guò)數值計算可知波導尺寸越大，傳輸太赫茲波時(shí)的損耗越小，矩形波導中損耗最小的模式為T(mén)E10模，圓波導中損耗最小的模式為T(mén)E01模。相同截面積時(shí)，圓波導的損耗小于矩形波導。當圓波導中采用TE0n模式時(shí)，易實(shí)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(fā)生模式突變，因此需進(jìn)一步研究保持圓波導中的模式穩定的方法。