波導(dǎo)管的制作方法
【專利摘要】一種介電波導(dǎo)管，該介電波導(dǎo)管包括：在其每一端的介電探頭，其中，所述介電探頭被布置為用于傳播能量。
【專利說明】波導(dǎo)管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及波導(dǎo)管，且具體地，但非排他地涉及低成本的用于亞毫米/太赫茲(sub-mi 11 imetres/Terahertz)應(yīng)用的介電波導(dǎo)管。

【背景技術(shù)】
[0002]波導(dǎo)管是一種不可缺少的廣泛用于不同領(lǐng)域(例如無線和有線通訊領(lǐng)域、度量衡領(lǐng)域、傳感領(lǐng)域和保安領(lǐng)域)中的技術(shù)。特別的，介電波導(dǎo)管已被用在輸電線的應(yīng)用以及在波導(dǎo)管電路中以限制、處理和將光傳播到不同的距離。例如，介電波導(dǎo)管被用于在長(zhǎng)距離的光纖傳輸中將光傳播數(shù)千公里。在另一種應(yīng)用中，介電波導(dǎo)管被用在集成光電子技術(shù)中以用于處理光和將光傳播幾十或幾百微米。
[0003]不同的應(yīng)用需要使用不同尺寸、形狀、材料和形式的介電波導(dǎo)管。對(duì)于波導(dǎo)(guided-waves)的亞毫米/太赫茲頻率應(yīng)用，需要小尺寸的波導(dǎo)管電路以滿足相關(guān)的單模(single-mode)和運(yùn)行模式(modal-operat1n)條件。然而,小尺寸的波導(dǎo)管的制造,尤其是使用金屬材料的波導(dǎo)管的制造，是特別具有挑戰(zhàn)性的。另外，用于亞毫米/太赫茲頻率應(yīng)用的金屬波導(dǎo)管比較缺乏靈活性并且制造成本高昂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種介電波導(dǎo)管，該介電波導(dǎo)管包括:在其每一端的介電探頭，其中，所述介電探頭被布置為用于傳播能量。
[0005]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電波導(dǎo)管的芯材或包層或者芯材和包層兩者均由聚合材料制成。
[0006]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述聚合材料包括熱塑性塑料或熱塑性材料的組入口 ο
[0007]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述聚合材料包括聚乙烯或聚丙烯或者它們的組合中的一種。
[0008]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電波導(dǎo)管由注塑成型進(jìn)行制造。
[0009]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電波導(dǎo)管為單模制造。
[0010]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電波導(dǎo)管為多模制造。
[0011]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電波導(dǎo)管為平面波導(dǎo)管。
[0012]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電探頭是錐形的。
[0013]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電探頭是錐形的。
[0014]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電波導(dǎo)管被布置為在亞毫米或太赫茲(THz)頻率下運(yùn)行。
[0015]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電探頭具有線性錐形的形式。
[0016]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電探頭為電源適配器探頭。
[0017]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述太赫茲(THz)頻率包括大于60GHz的頻率。
[0018]在第一方面的一個(gè)實(shí)施方式中，所述介電波導(dǎo)管具有小于0.5dB/cm的傳播損耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]現(xiàn)將參照附圖并以示例的方式來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中:
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有不同尺寸的多個(gè)介電波導(dǎo)管；
[0021]圖2示出了能夠用于制造圖1的介電波導(dǎo)管的熱塑性材料(聚乙烯和聚丙烯)在不同頻率下測(cè)定的折射率和吸收系數(shù)的曲線圖；
[0022]圖3示出了用于測(cè)量和表征圖1的介電波導(dǎo)管的運(yùn)行特性的具有WR-5和WR-22金屬椎體的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(PNA-X)測(cè)試設(shè)備；以及
[0023]圖4示出了使用圖3的設(shè)備測(cè)量的在不同頻率下圖1的介電波導(dǎo)管的運(yùn)行特性(耦合損耗和傳播損耗)的曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]參照?qǐng)D1，示出了介電波導(dǎo)管的一個(gè)實(shí)施方式，該介電波導(dǎo)管包括:在其每一端的介電探頭，其中，介電探頭被布置為用于傳播能量。
[0025]在該實(shí)施方式中，波導(dǎo)管100是被布置為用于導(dǎo)波的亞毫米/太赫茲頻率應(yīng)用的介電波導(dǎo)管。優(yōu)選的，波導(dǎo)管100的運(yùn)行頻率大于100GHz。更優(yōu)選地，波導(dǎo)管100的運(yùn)行頻率大于60GHz。在其它實(shí)施方式中，介電波導(dǎo)管100可以被布置為用于其它的頻率。
[0026]如圖1所示，每個(gè)介電波導(dǎo)管100均有一個(gè)大體上矩形的部分102和兩個(gè)線性的錐形端104。在其他實(shí)施方式中，兩個(gè)錐形端104不需要為線性，波段管的部分102不需要為矩形。部分102和錐形端104可以為任何其它形狀和形式。在又一些實(shí)施方式中，介電波導(dǎo)管100可以不具有錐形端104。
[0027]如圖1所示，波導(dǎo)管100的矩形部分102的長(zhǎng)度可以為約1mm至約40mm，而每個(gè)錐形端104的長(zhǎng)度為約32mm。然而，取決于應(yīng)用，矩形部分102和錐形端104的長(zhǎng)度可以延長(zhǎng)或縮短。優(yōu)選地，介電波導(dǎo)管100為具有夾在包層之間的芯材(未示出)的平面波導(dǎo)管。在其它實(shí)施方式中，介電波導(dǎo)管100可以為非平面，并且可以具有其它形式。
[0028]如圖1所示的介電波導(dǎo)管100由聚合材料制成。具體的，在一些實(shí)施方式中，僅僅介電波導(dǎo)管100的芯材或包層是由聚合材料制成的。在一些其它的實(shí)施方式中，介電波導(dǎo)管100的芯材和包層均由聚合材料制成。優(yōu)選地，用于制造介電波導(dǎo)管100的聚合材料包括熱塑性塑料或不同熱塑性材料的組合。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，使用的熱塑性材料為聚乙烯、聚丙烯或它們的組合。在如圖1所示的實(shí)施方式中，介電波導(dǎo)管100為在單模制造中通過注塑成型制造的空氣包層(air-clad)聚乙烯芯材波導(dǎo)管?？蛇x地，在一些波段管100包括多種材料或具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式中，可以使用多模制造。
[0029]為了測(cè)量聚乙烯和聚丙烯(可被用來制造圖1的介電波導(dǎo)管100的材料)的光學(xué)性質(zhì)，使用了脈沖太赫茲時(shí)域光譜(THz-TDS)設(shè)備(未示出)。對(duì)不同厚度的為平板形式的塑料樣品進(jìn)行測(cè)量，并將它們的時(shí)域傳輸信號(hào)與參考信號(hào)(未示出)進(jìn)行了比較。
[0030]圖2示出了在不同頻率下測(cè)量的聚乙烯和聚丙烯材料的折射率和吸收系數(shù)。根據(jù)圖2的吸收系數(shù)曲線，聚乙烯和聚丙烯均成呈現(xiàn)出優(yōu)良的傳輸能力，在I太赫茲下吸收系數(shù)顯著低于lcm-1。另一方面，在整個(gè)頻帶中，聚乙烯比聚丙烯具有稍高的折射率。這說明聚乙烯和聚丙烯特別適合用作介電波導(dǎo)管中的芯材和包層的材料。因此，帶著這些固有的傳播特性，可以使用不同熱塑性材料(例如聚乙烯和聚丙烯)的組合來制造靈活的平面介質(zhì)電路。
[0031]現(xiàn)參照?qǐng)D3，顯示了設(shè)置來測(cè)量和表征圖1的矩形波導(dǎo)管100的運(yùn)行特性的穩(wěn)健的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(PNA-X)設(shè)備300。具有金屬矩形波導(dǎo)管接口 302作為I/O端口的PNA-X分析儀300難以與在測(cè)試下的介電波導(dǎo)管100有效地連接。為了緩解該問題，通過安裝的商用模式變化器將在140GHz到220GHz運(yùn)行的I/O波導(dǎo)管302從標(biāo)準(zhǔn)WR-05 (1.3mmX 0.65mm)擴(kuò)大到更大的 WR-22 (5.6mmX 2.8mm)。
[0032]由于分析儀300的金屬波導(dǎo)管302和介電矩形波導(dǎo)管100之間的模式分布不同，將在X和y方向均為線性錐形的介電探頭104設(shè)置在介電波導(dǎo)管100的兩端以在較大的頻率范圍內(nèi)平穩(wěn)的傳播能量至I/O端口，以及傳播來自I/O端口的能量。通過利用注塑成型能夠很容易的實(shí)現(xiàn)將探頭104整合至介電波導(dǎo)管100上，在注塑成型中能夠在單個(gè)或多個(gè)模具中制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
[0033]圖4示出了使用圖3的設(shè)備在不同頻率下測(cè)量的圖1的矩形聚乙烯波導(dǎo)管100的運(yùn)行特性。具體的，圖4示出了在140GHz至220GHz波段的錐形介電探頭104的提取的耦合損耗(extracted coupling loss)和介電波導(dǎo)管100的傳播損耗。這些損耗通過涉及傳播功率相對(duì)于介電波段管長(zhǎng)度的曲線(未示出)的y軸截距和斜率來確定。
[0034]由于耦合損耗是因?yàn)閮纱无D(zhuǎn)換，因此，在金屬波導(dǎo)管和介電波導(dǎo)管之間每次轉(zhuǎn)變的耦合損耗應(yīng)該減半。如圖4所示，測(cè)量的耦合損耗隨頻率按比例增加。該耦合損耗的增加很可能是因?yàn)檫M(jìn)入多模(over-moded)介電波導(dǎo)管100的高階模的不必要的激發(fā)。在低于170GHz的頻率下，每次轉(zhuǎn)換的耦合損耗可以低至ldB。由于在該測(cè)量中僅使用了線性錐形探頭104，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠預(yù)期，當(dāng)使用設(shè)計(jì)為具有不同形狀和形式的優(yōu)化探頭時(shí)，耦合損耗能夠進(jìn)一步降低。圖1的介電波導(dǎo)管100的傳播損耗在整個(gè)頻帶中為低于0.5dB/cm。該結(jié)果媲美或優(yōu)于其它波導(dǎo)管平臺(tái)的報(bào)告結(jié)果。
[0035]本申請(qǐng)的實(shí)施方式的不同之處在于，熱塑性的介電波導(dǎo)管通過注塑成型進(jìn)行制造并且制造出來的介電波導(dǎo)管具有較低的傳播損耗。通過利用注塑成型以制造熱塑性的介電波導(dǎo)管，可以相對(duì)輕松地沖出高度細(xì)微的結(jié)構(gòu)，且成本相對(duì)較低。因此，本發(fā)明的介電波導(dǎo)管可以更低成本大量地生產(chǎn)。另一方面，可以使用不同的熱塑性材料和混合聚合物以制造介電波導(dǎo)管。這些不同的材料很有可能提供給波導(dǎo)管電路有價(jià)值的新功能?？傊?，根據(jù)本發(fā)明，這些因素一起展現(xiàn)了多功能且低成本的太赫茲(THz)波導(dǎo)管電路平臺(tái)。
[0036]本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，根據(jù)【具體實(shí)施方式】，在不背離以上描述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠?qū)Ρ景l(fā)明做出多種改變和/或變型。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式僅為舉例說明，而并非限制。
[0037]除非特別說明，否則本文中包括的任何現(xiàn)有技術(shù)的參考不作為公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種介電波導(dǎo)管,包括:在其每一端的介電探頭，其中，所述介電探頭被布置為用于傳播能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管的芯材或包層或者芯材和包層兩者均由聚合材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述聚合材料包括熱塑性塑料或熱塑性材料的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述聚合材料包括聚乙烯或聚丙烯或者它們的組合中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管由注塑成型制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管為單模制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管為多模制造。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管為平面波導(dǎo)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電探頭是錐形的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管在亞毫米或太赫茲THz的頻率下運(yùn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電探頭具有線性錐形的形式。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管在亞毫米或太赫茲THz的頻率下運(yùn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電探頭為電源適配器探頭。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管在亞毫米或太赫茲THz的頻率下運(yùn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管在亞毫米或太赫茲THz的頻率下運(yùn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述太赫茲THz頻率包括大于60千兆赫GHz的頻率。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的介電波導(dǎo)管，其中，所述介電波導(dǎo)管具有小于0.5dB/cm的傳播損耗。
【文檔編號(hào)】H01P3/12GK104282974SQ201410267268
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】朱世德, 徐秉源, 周鵬, 潘裕斌 申請(qǐng)人:香港城市大學(xué)