波導管的制作方法
【專利摘要】一種介電波導管，該介電波導管包括：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】波導管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及波導管，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)應用的介電波導管。

【背景技術(shù)】
[0002]波導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，介電波導管已被用在輸電線的應用以及在波導管電路中以限制、處理和將光傳播到不同的距離。例如，介電波導管被用于在長距離的光纖傳輸中將光傳播數(shù)千公里。在另一種應用中，介電波導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]不同的應用需要使用不同尺寸、形狀、材料和形式的介電波導管。對于波導(guided-waves)的亞毫米/太赫茲頻率應用，需要小尺寸的波導管電路以滿足相關(guān)的單模(single-mode)和運行模式(modal-operat1n)條件。然而,小尺寸的波導管的制造,尤其是使用金屬材料的波導管的制造，是特別具有挑戰(zhàn)性的。另外，用于亞毫米/太赫茲頻率應用的金屬波導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管，該介電波導管包括: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]在第一方面的一個實施方式中，所述介電波導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]在第一方面的一個實施方式中，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]在第一方面的一個實施方式中，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]在第一方面的一個實施方式中，所述介電波導管由注塑成型進行制造。
[0009]在第一方面的一個實施方式中，所述介電波導管為單模制造。
[0010]在第一方面的一個實施方式中，所述介電波導管為多模制造。
[0011]在第一方面的一個實施方式中，所述介電波導管為平面波導管。
[0012]在第一方面的一個實施方式中，所述介電探頭是錐形的。
[0013]在第一方面的一個實施方式中，所述介電探頭是錐形的。
[0014]在第一方面的一個實施方式中，所述介電波導管被布置為在亞毫米或太赫茲(THz)頻率下運行。
[0015]在第一方面的一個實施方式中，所述介電探頭具有線性錐形的形式。
[0016]在第一方面的一個實施方式中，所述介電探頭為電源適配器探頭。
[0017]在第一方面的一個實施方式中，所述太赫茲(THz)頻率包括大于60GHz的頻率。
[0018]在第一方面的一個實施方式中，所述介電波導管具有小于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描述本發(fā)明的實施方式，其中:
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有不同尺寸的多個介電波導管；
[0021]圖2示出了能夠用于制造圖1的介電波導管的熱塑性材料(聚乙烯和聚丙烯)在不同頻率下測定的折射率和吸收系數(shù)的曲線圖；
[0022]圖3示出了用于測量和表征圖1的介電波導管的運行特性的具有WR-5和WR-22金屬椎體的矢量網(wǎng)絡分析儀(PNA-X)測試設備；以及
[0023]圖4示出了使用圖3的設備測量的在不同頻率下圖1的介電波導管的運行特性(耦合損耗和傳播損耗)的曲線圖。

【具體實施方式】
[0024]參照圖1，示出了介電波導管的一個實施方式，該介電波導管包括: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]在該實施方式中，波導管100是被布置為用于導波的亞毫米/太赫茲頻率應用的介電波導管。優(yōu)選的，波導管100的運行頻率大于100GHz。更優(yōu)選地，波導管100的運行頻率大于60GHz。在其它實施方式中，介電波導管100可以被布置為用于其它的頻率。
[0026]如圖1所示，每個介電波導管100均有一個大體上矩形的部分102和兩個線性的錐形端104。在其他實施方式中，兩個錐形端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。在又一些實施方式中，介電波導管100可以不具有錐形端104。
[0027]如圖1所示，波導管100的矩形部分102的長度可以為約1mm至約40mm，而每個錐形端104的長度為約32mm。然而，取決于應用，矩形部分102和錐形端104的長度可以延長或縮短。優(yōu)選地，介電波導管100為具有夾在包層之間的芯材(未示出)的平面波導管。在其它實施方式中，介電波導管100可以為非平面，并且可以具有其它形式。
[0028]如圖1所示的介電波導管100由聚合材料制成。具體的，在一些實施方式中，僅僅介電波導管100的芯材或包層是由聚合材料制成的。在一些其它的實施方式中，介電波導管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所示的實施方式中，介電波導管100為在單模制造中通過注塑成型制造的空氣包層(air-clad)聚乙烯芯材波導管。可選地，在一些波段管100包括多種材料或具有復雜結(jié)構(gòu)的實施方式中，可以使用多模制造。
[0029]為了測量聚乙烯和聚丙烯(可被用來制造圖1的介電波導管100的材料)的光學性質(zhì)，使用了脈沖太赫茲時域光譜(THz-TDS)設備(未示出)。對不同厚度的為平板形式的塑料樣品進行測量，并將它們的時域傳輸信號與參考信號(未示出)進行了比較。
[0030]圖2示出了在不同頻率下測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)參照圖3，顯示了設置來測量和表征圖1的矩形波導管100的運行特性的穩(wěn)健的矢量網(wǎng)絡分析儀(PNA-X)設備300。具有金屬矩形波導管接口 302作為I/O端口的PNA-X分析儀300難以與在測試下的介電波導管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運行的I/O波導管302從標準WR-05 (1.3mmX 0.65mm)擴大到更大的 WR-22 (5.6mmX 2.8mm)。
[0032]由于分析儀300的金屬波導管302和介電矩形波導管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設置在介電波導管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現(xiàn)將探頭104整合至介電波導管100上，在注塑成型中能夠在單個或多個模具中制造復雜的結(jié)構(gòu)。
[0033]圖4示出了使用圖3的設備在不同頻率下測量的圖1的矩形聚乙烯波導管100的運行特性。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)和介電波導管100的傳播損耗。這些損耗通過涉及傳播功率相對于介電波段管長度的曲線(未示出)的y軸截距和斜率來確定。
[0034]由于耦合損耗是因為兩次轉(zhuǎn)換，因此，在金屬波導管和介電波導管之間每次轉(zhuǎn)變的耦合損耗應該減半。如圖4所示，測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為進入多模(over-moded)介電波導管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)人員能夠預期，當使用設計為具有不同形狀和形式的優(yōu)化探頭時，耦合損耗能夠進一步降低。圖1的介電波導管100的傳播損耗在整個頻帶中為低于0.5dB/cm。該結(jié)果媲美或優(yōu)于其它波導管平臺的報告結(jié)果。
[0035]本申請的實施方式的不同之處在于，熱塑性的介電波導管通過注塑成型進行制造并且制造出來的介電波導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管，可以相對輕松地沖出高度細微的結(jié)構(gòu)，且成本相對較低。因此，本發(fā)明的介電波導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管。這些不同的材料很有可能提供給波導管電路有價值的新功能?？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)波導管電路平臺。
[0036]本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，根據(jù)【具體實施方式】，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。
【權(quán)利要求】
1.一種介電波導管,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所述的介電波導管，其中，所述介電波導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所述的介電波導管，其中，所述介電波導管由注塑成型制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的介電波導管，其中，所述介電波導管為單模制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的介電波導管，其中，所述介電波導管為多模制造。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電波導管，其中，所述介電波導管為平面波導管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電波導管，其中，所述介電探頭是錐形的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的介電波導管，其中，所述介電波導管在亞毫米或太赫茲THz的頻率下運行。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的介電波導管，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所述的介電波導管，其中，所述介電波導管在亞毫米或太赫茲THz的頻率下運行。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電波導管，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所述的介電波導管，其中，所述介電波導管在亞毫米或太赫茲THz的頻率下運行。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電波導管，其中，所述介電波導管在亞毫米或太赫茲THz的頻率下運行。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的介電波導管，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所述的介電波導管，其中，所述介電波導管具有小于0.5dB/cm的傳播損耗。
【文檔編號】H01P3/12GK104282974SQ201410267268
【公開日】2015年1月14日 申請日期: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 申請人:香港城市大學