波导装置及信号传输装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种波导装置，包括具有弯折部分的矩形波导，矩形波导包括导波腔；各向异性材料，至少设置在弯折部分对应的导波腔中，且各向异性材料的表面与导波腔的腔壁贴合；其中，在被传导波的传播方向上，弯折部分与各向异性材料形成的结构的等效折射率处于零折射率材料折射率的预设范围内。上述波导装置，在被传导波的传播方向上，弯折部分与各向异性材料形成的结构可以被等效成零折射率材料，进而使得电磁波在所述弯折部分中传播时也能具有高透射率并保持波阵面平整。本发明专利技术还涉及一种信号传输装置。

Waveguide device and signal transmission device

【技术实现步骤摘要】
波导装置及信号传输装置
本专利技术涉及波导
，特别是涉及一种波导装置及具有该波导装置的信号传输装置。
技术介绍
波导是一种能够引导电磁波定向传输的装置，常见的波导类型有平板波导、矩形波导和圆波导。其中矩形波导在微波和太赫兹频段有着广泛的应用，例如当电磁波在直矩形波导中传播时通常可以有接近100％的透射。然而，当波导存在较多弯折时，会使电磁波的透射率降低，甚至还会在电磁波传播过程中将电磁波的波阵面扭曲，大大影响电磁波的透射效果。
技术实现思路
基于此，有必要针对具有弯曲角度的波导电磁波透射率低、波阵面不平整的问题，提供一种改进的波导装置。一种波导装置，包括：具有弯折部分的矩形波导，所述矩形波导开设有导波腔，所述导波腔贯穿所述矩形波导；以及，各向异性材料，至少设置在所述弯折部分对应的导波腔中，且所述各向异性材料的表面与所述导波腔的腔壁贴合；其中，在被传导波的传播方向上，所述弯折部分与所述各向异性材料形成的结构的等效折射率处于零折射率材料折射率的预设范围内。上述波导装置，在被传导波的传播方向上，所述弯折部分与所述各向异性材料形成的结构可以被等效成零折射率材料，进而使得电磁波在所述弯折部分中传播时，也能具有高透射率并保持波阵面平整。在其中一个实施例中，所述零折射率材料折射率的预设范围为-0.1～0.1。在其中一个实施例中，所述矩形波导的导波截面为长度为a宽度为b的矩形；所述各向异性材料为非磁性材料，且在所述被传导波的传播方向上，所述各向异性材料的折射率nr，由所述弯折部分与所述各向异性材料形成的结构的等效折射率neff确定：其中，表示所述被传导波在真空中的波数，f表示所述被传导波的频率，c表示所述被传导波在真空中的速度，m表示所述被传导波在所述导波截面长度方向上的半周期数，n表示所述被传导波在所述导波截面宽度方向上的半周期数。在其中一个实施例中，所述各向异性材料包括复合材料，在所述被传导波的传播方向上，所述复合材料具有与折射率nr相同的等效折射率。在其中一个实施例中，所述复合材料由至少两种具有不同介电常数的非金属材料在所述被传导波的传播方向上以最小重复单元周期排列形成。在其中一个实施例中，所述复合材料由具有不同介电常数的A材料和B材料在所述被传导波的传播方向上以最小重复单元AB的形式周期排列形成。在其中一个实施例中，在所述被传导波的传播方向上，所述最小重复单元的长度小于等于所述被传导波的波长的1/6。在其中一个实施例中，至少在一个相邻两所述具有不同介电常数的材料的接触面上设置有金属线，所述金属线与所述导波腔的腔壁垂直接触。在其中一个实施例中，所述金属线的半径小于等于所述被传导波的波长的1/50。在其中一个实施例中，所述弯折部分具有一弯折角度，所述弯折角度的范围为0～360°。本专利技术还提供一种信号传输装置。一种信号传输装置，具有如前所述的波导装置，所述波导装置的一端连接有对接信号输入的第一组件，另一端连接有对接信号输出的第二组件。上述信号传输装置，信号可以高效且完整的经所述波导装置传输，进而保证通信质量。在其中一个实施例中，所述第一组件连接有至少两组所述波导装置，每一所述波导装置远离所述第一组件的一端均连接有所述第二组件。附图说明图1为本专利技术一实施例波导装置的结构示意图；图2为本专利技术一实施例沿x方向截取的截面示意图；图3为平面波在图2所述实施例的工作频率下传输时的电磁场示意图；图4为平面波在另一实施例波导装置的工作频率下传输时的电磁场示意图；图5为平面波在一实施例的信号传输装置中传输时的电磁场示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的优选实施方式。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本专利技术的公开内容理解得更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。零折射率材料，即材料的相对介电常数和/或相对磁导率接近零，从而使得该材料的折射率接近零。根据相速度公式，c表示光速，n表示材料的折射率，可知波在零折射率材料中的相速度趋近于无穷大，从而表现出许多独特的特征，例如电磁波隧穿效应，光场增强效应，高透射率的指向传播效应等。矩形波导，即矩形截面的金属波导，包括一导波腔，该导波腔贯穿矩形波导，横电波和/或横磁波在该导波腔中传输。在矩形波导理论中，横电波指仅在垂直于波的传播方向的平面内有电场的电磁波，横磁波指仅在垂直于波的传播方向的平面内有磁场的电磁波，横电波使用TEmn波表示，其中，m、n分别表示电磁波在矩形波导导波截面的长度方向上和宽度方向上的半周期数，横磁波使用TMmn波表示，此处的导波截面是指导波腔垂直于电磁波传播方向的截面。横电波和横磁波在波导中传播时，传播速度随自身的频率变化，表现出色散特性。传统技术中，弯波导常用的构造方法包括：(1)利用光子晶体的带隙，通过在光子晶体中构建一条弯曲的缺陷来传导电磁波；(2)通过现有工艺制作具有一定弯折角度的矩形波导。虽然这两种方法都可以较好地实现具有高透射率的弯波导，但是这两种方法都有一定的局限性，比如第一种方法难以集成到金属波导器件内，而第二种方法对于保证电磁波较高的透射率以及较为平整的波阵面所需要的工艺较为复杂，对波导内表面的要求也较高，从而增加了制作成本。除此之外，第二种方法对于波导只能进行简单弯折，适用环境受限。如图1所示，本申请实施例提供一种波导装置100，可以用于传导横电波，包括矩形波导10以及设置在矩形波导10的导波腔102中的各向异性材料11。另外，为简化叙述，本申请中的折射率和介电常数均指材料的相对折射率和相对介电常数。矩形波导10具有弯折部分101，以图1所示为例，本实施例的弯折部分101具有一弯折角度，弯折角度的范围可以是0～360°。根据实际需求，弯折部分101的弯折形式可以有多种，如曲线弯折、折线弯折或是大角度弯折等，可以理解的是，曲线弯折和折线弯折的各拐角处的弯折角度也可以不同。特别地，对于螺旋线弯折的情况，本申请也同样适用，此时，其弯折角度为360°。本实施例采用大角度弯折为例进行说明。各向异性材料11的表面与导波腔102的腔壁贴合。具体的，矩形波导10内部可以部分或全部填充各向异性材料11，即至少保证弯折部分101对应的导波腔中填充有各向异性材料11。根据实际需求，各向异性材料11可以是复合材料，如电介质光子晶体，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波导装置，其特征在于，包括：具有弯折部分的矩形波导，所述矩形波导开设有导波腔，所述导波腔贯穿所述矩形波导；以及，各向异性材料，至少设置在所述弯折部分对应的导波腔中，且所述各向异性材料的表面与所述导波腔的腔壁贴合；其中，在被传导波的传播方向上，所述弯折部分与所述各向异性材料形成的结构的等效折射率处于零折射率材料折射率的预设范围内。

【技术特征摘要】
1.一种波导装置，其特征在于，包括：具有弯折部分的矩形波导，所述矩形波导开设有导波腔，所述导波腔贯穿所述矩形波导；以及，各向异性材料，至少设置在所述弯折部分对应的导波腔中，且所述各向异性材料的表面与所述导波腔的腔壁贴合；其中，在被传导波的传播方向上，所述弯折部分与所述各向异性材料形成的结构的等效折射率处于零折射率材料折射率的预设范围内。2.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，所述零折射率材料折射率的预设范围为-0.1～0.1。3.根据权利要求1或2所述的波导装置，其特征在于，所述矩形波导的导波截面为长度为a宽度为b的矩形；所述各向异性材料为非磁性材料，且在所述被传导波的传播方向上，所述各向异性材料的折射率nr由所述弯折部分与所述各向异性材料形成的结构的等效折射率neff确定：其中，表示所述被传导波在真空中的波数，f表示所述被传导波的频率，c表示所述被传导波在真空中的速度，m表示所述被传导波在所述导波截面长度方向上的半周期数，n表示所述被传导波在所述导波截面宽度方向上的半周期数。4.根据权利要求3所述的波导装置，其特征在于，所述各向异性材料包括复合材料，在所述被传导波的传播方向上，所述复合材料具有与折射率nr相同的等效折射率。5.根据权利要求4所述的波导装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰，季文杰，赖耘，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32