本发明属于电磁学与材料学领域，特别涉及一种基于多层结构的thz导波调控装置。
背景技术：
与微波相比，thz波(太赫兹波)具有更高的分辨率；与红外波段相比，thz波具有更强的穿透性(可以穿透衣物等)。因此，thz波在成像、探测、医疗等方面有重要的应用价值，目前已成功用于安检系统。thz波在空气中传播时衰减比较大，因此一般选择介质波导作为thz波的传输媒介，介质波导的材料是高密度聚乙烯(high-densitypolyethylene)，其相对介电常数为2.34。
thz系统中一般要涉及到大量的波导互联，波导之间的连接方式复杂多样，例如位于两个不同平面内的波导之间的互联，同一平面内相互交叉的波导的互联，以及有一定夹角的两个波导的互联。要求thz波在所有这些互联情况下都能够完美传输，这是一个极富挑战性的课题，解决这一问题将迎来广阔的应用前景。要实现thz波在非直线互联情况下的完美传输，就必须要能够对thz波实现自由调控。
技术实现要素：
有鉴于此，为实现thz波在非直线互联情况下的完美传输，本发明提供了一种基于多层结构的thz导波调控装置，能够解决位于两个不同平面内的波导互联(平移传输)问题、同一平面内交叉波导的互联(绕行传输)问题，以及有一定夹角的两个波导的互联(弯曲传输)问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于多层结构的thz导波调控装置，其特征在于：包括两个相同的传输thz波的平板介质波导，以及设置于其间的转换结构。
所述转换结构的截面以及端面均与两个平板介质波导的截面和端面大小相适应，实现两个平板介质波导间的波导互联；转换结构中通过填充等间距排列且互相平行的高阻硅片，高阻硅片之间是空气，各高阻硅片与平板介质波导传输方向成夹角，实现thz波在平板介质波导非直线互联情况下的无干扰传输；其中，平板介质波导为相对介电常数2.34的高密度聚乙烯(high-densitypolyethylene)，高阻硅的相对介电常数为11.9，高阻硅片厚度为0.1mm。
具体的，所述平板介质波导非直线互联情况分为平移传输、绕行传输以及弯曲传输。
具体的，当两个平板介质波导处于不同平面需要进行平移传输互联时，所述转换结构在传输方向的剖面为一个平行四边形，该平行四边形范围的连接区域填充的是等间距排列的高阻硅片，各高阻硅片与平板介质波导传输方向的夹角为52.8°，高阻硅片间的间距为0.255mm。
具体的，当两个平板介质波导处于同一平面内需要进行绕行传输互联时，所述转换结构在传输方向的剖面为两个互成镜像的平行四边形，该平行四边形范围的连接区域填充的是等间距排列的高阻硅片，各高阻硅片与平板介质波导传输方向的夹角为52.8°，高阻硅片间的间距为0.255mm；两个平行四边形相对两个平板介质波导所处平面抬高构成的三角形凸起区域为需要绕行的障碍物所处区域。
具体的，当两个平板介质波导有夹角需要进行弯曲传输互联时，所述转换结构在传输方向的剖面为两个互成镜像的三角形，该三角形范围的连接区域填充的是等间距排列的高阻硅片，各高阻硅片与平板介质波导传输方向的夹角为5.1°，高阻硅片间的间距为0.246mm。
本发明利用周期排列的多层高阻硅片转换结构实现了对thz导波的自由调控，为复杂thz系统的非直线互联实现无干扰传输提供了解决方案，有助于实现thz系统的小型化。本发明所用材料为自然介质材料高阻硅，因此还具有损耗小、频带宽的优势。
附图说明
图1为实施例thz导波调控装置的三种传输方式的结构示意图，(a)为平移传输，(b)为绕行传输，(c)为弯曲传输。
图2为实施例采用转换结构的平移传输仿真结果(a)，未采用转换结构对比结果(b)。
图3为实施例采用转换结构的绕行传输仿真结果(a)，未采用转换结构对比结果(b)。
图4为实施例采用转换结构的弯曲传输仿真结果(a)，未采用转换结构对比结果(b)。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细的描述。
如图1所示，给出了本发明基于多层结构的thz导波调控装置的三种方式，分别是thz波的平移、绕行和弯曲传输。三种调控方式均是设置转换结构，并通过填充周期排列的多层高阻硅片来实现，高阻硅片之间是空气。
图1(a)是基于多层结构的thz导波的平移传输结构示意图，可解决位于两个不同平面内的波导之间的互联问题；平移传输时：平板介质波导厚度为1.8mm，长度为3mm，水平方向相距3.5mm，垂直方向相距1.96mm对应平移高度。
图1(b)是基于多层结构的thz导波的绕行传输结构示意图，可解决交叉波导的布局问题；绕行传输时：平板介质波导厚度为1.8mm，长度为3mm，水平方向相距7mm；三角形凸起区域的高度为1.96mm。
图1(c)是基于多层结构的thz导波的弯曲传输结构示意图，可解决有一定夹角的两个波导的互联问题。弯曲传输时，平板介质波导厚度为1.8mm，弯曲传输角度的夹角为120°。
涉及的具体材料为：平板介质波导的材料是高密度聚乙烯；填充的多层结构由周期排列的高阻硅片组成。其中，高密度聚乙烯的相对介电常数为2.34，高阻硅的相对介电常数为11.9。
基于商业软件进行仿真实验，设置仿真频率为140ghz，对应的波长为2.14mm。
图2显示了填充和不填充高阻硅片转换结构的thz波平移传输仿真结果。填充高阻硅片后，thz波从左端口传输到右端口，实现了完美的平移传输，几乎没有任何扰动，如图2(a)所示；不填充高阻硅片时thz波扰动非常严重，几乎不能传输到右端口，如图2(b)所示。
图3显示了填充和不填充高阻硅片转换结构的thz波绕行传输仿真结果。填充高阻硅片后，thz波会绕过中间的三角形凸起并传输到右端口，实现了完美的绕行传输，如图3(a)所示；不填充高阻硅片时，thz波受三角形凸起的扰动非常严重，几乎不能传输到右端口，如图3(b)所示。
图4显示了填充和不填充高阻硅片转换结构的thz波弯曲传输仿真结果。填充高阻硅片后，thz波实现了完美的弯曲传输，几乎没有任何扰动，如图4(a)所示；不填充高阻硅片时，thz波受弯曲结构的扰动非常严重，如图4(b)所示。
通过以上实施例和对比例可见，本发明利用周期排列的多层高阻硅片转换结构实现了对thz导波的自由调控，为复杂thz系统的非直线互联实现无干扰传输提供了解决方案，有助于实现thz系统的小型化；并且所用材料为自然介质材料高阻硅，因此还具有损耗小、频带宽的优势。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
1.一种基于多层结构的thz导波调控装置，其特征在于：包括两个相同的传输thz波的平板介质波导，以及设置于其间的转换结构；
所述转换结构的截面以及端面均与两个平板介质波导的截面和端面大小相适应，实现两个平板介质波导间的波导互联；转换结构中通过填充等间距排列且互相平行的高阻硅片，高阻硅片之间是空气，各高阻硅片与平板介质波导传输方向成夹角，实现thz波在平板介质波导非直线互联情况下的无干扰传输；其中，平板介质波导为相对介电常数2.34的高密度聚乙烯，高阻硅的相对介电常数为11.9，高阻硅片厚度为0.1mm。
2.如权利要求1所述基于多层结构的thz导波调控装置，其特征在于：所述平板介质波导非直线互联情况分为平移传输、绕行传输以及弯曲传输。
3.如权利要求1所述基于多层结构的thz导波调控装置，其特征在于：
当两个平板介质波导处于不同平面需要进行平移传输互联时，所述转换结构在传输方向的剖面为一个平行四边形，该平行四边形范围的连接区域填充的是等间距排列的高阻硅片，各高阻硅片与平板介质波导传输方向的夹角为52.8°，高阻硅片间的间距为0.255mm。
4.如权利要求3所述基于多层结构的thz导波调控装置，其特征在于：
平移传输时：平板介质波导厚度为1.8mm，长度为3mm，水平方向相距3.5mm，垂直方向相距1.96mm对应平移高度。
5.如权利要求1所述基于多层结构的thz导波调控装置，其特征在于：
当两个平板介质波导处于同一平面内需要进行绕行传输互联时，所述转换结构在传输方向的剖面为两个互成镜像的平行四边形，该平行四边形范围的连接区域填充的是等间距排列的高阻硅片，各高阻硅片与平板介质波导传输方向的夹角为52.8°，高阻硅片间的间距为0.255mm；两个平行四边形相对两个平板介质波导所处平面抬高构成的三角形凸起区域为需要绕行的障碍物所处区域。
6.如权利要求5所述基于多层结构的thz导波调控装置，其特征在于：
绕行传输时：平板介质波导厚度为1.8mm，长度为3mm，水平方向相距7mm；三角形凸起区域的高度为1.96mm。
7.如权利要求1所述基于多层结构的thz导波调控装置，其特征在于：
当两个平板介质波导有夹角需要进行弯曲传输互联时，所述转换结构在传输方向的剖面为两个互成镜像的三角形，该三角形范围的连接区域填充的是等间距排列的高阻硅片，各高阻硅片与平板介质波导传输方向的夹角为5.1°，高阻硅片间的间距为0.246mm。
8.如权利要求7所述基于多层结构的thz导波调控装置，其特征在于：
弯曲传输时，平板介质波导厚度为1.8mm，弯曲传输角度的夹角为120°。
技术总结