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介質(zhì)鏡耦合�
閱讀�3881時間�2017-11-03 09:27:10

  介質(zhì)�耦合�是一種工作于毫米波和亞毫米波范圍�,應(yīng)用準(zhǔn)光技�(shù)的一�定向耦合�。鏡面是采用一塊介電常�(shù)為εr,厚度為S的介�(zhì)板;鏡面放置在內(nèi)部涂�(fù)有吸收材料的“無回波”箱�,使得寄生反射最??;在腔壁上安裝四個輻射器(喇叭),由它們構(gòu)成器件的四個臂(端口)。鏡平面的法線與四臂喇叭軸線的夾角�=45�

定義

  在毫米波和亞毫米波范圍里,應(yīng)用準(zhǔn)光技�(shù)可以做出多種型式的定向耦合�。介�(zhì)鏡耦合�(如下�)就是其中一�。鏡面是采用一塊介電常�(shù)為εr,厚度為S的介�(zhì)�;鏡面放置在�(nèi)部涂�(fù)有吸收材料的“無回波”箱�,使得寄生反射最�;在腔壁上安裝四個輻射器(喇叭),由它們構(gòu)成器件的四個臂(端口)。鏡平面的法線與四臂喇叭軸線的夾角�=45�

介質(zhì)鏡耦合器

原理

  假使R為鏡面的反射系數(shù),當(dāng)略去不大的寄生反射耗散功率,這樣,將使入射波的部分功率R被反射進入4端口。剩余的(1一R)部分功率�(zhuǎn)換進入3端口,在2端口上沒有功率傳�。使反射與傳輸波的相對相移等于π/2。這樣工作的器件便是定向耦合�。耦合系數(shù)等于
  C=20logR�1�
  鏡面的反射系�(shù)與它的介電常�(shù)εr,及厚度S有關(guān),也是工作波長的函數(shù)。這種計算可直接利用光�(xué)中均勻介�(zhì)膜的有關(guān)公式,來進行討論。如果要求做出弱耦合�,則�(yīng)選擇小的厚度,這時�

  �(2)式可以看出,R與頻牢成正比�
  對強耦合器,選擇較厚的鏡�,建議采用厚度等于�/4或它的奇�(shù)倍。這時對應(yīng)的反射系�(shù)近似地可表示�

  �(3)式可以看�,只要使用εr=3�4的介�(zhì)材料,就可能實現(xiàn)C=一3dB的定向耦合�。在實際中,雖然受到寄生反射的限�,但在這種系統(tǒng)中方向性仍然可以做得很��
  除了用介�(zhì)板作為鏡面之�,還可以采用金屬線柵或帶柵來�(gòu)成鏡面,同樣可實�(xiàn)具有不同程度耦合,直至很強耦合的器��

�(yōu)�

  工作于毫米波和亞毫米波范圍內(nèi),對比傳�(tǒng)波導(dǎo)元件更加�(jīng)濟實�,同時制造所允許的公差也�(yōu)于傳�(tǒng)波導(dǎo)元件,當(dāng)頻率升高�,波�(dǎo)的損耗也沒有傳統(tǒng)波導(dǎo)元件大�

相似器件

  用兩個介電常�(shù)為ε的棱鏡來代替介�(zhì)鏡耦合器中的介�(zhì)平面�,便得到下圖的雙棱鏡定向耦合�。假定入射波是平面波。�=45°射到個棱鏡斜邊A-B�,如果ε>2,則入射角大于臨界�,波從A一B面上全反�,全部能量被反射到個棱鏡的B—B��

雙棱鏡耦合器

  但是,在靠近個棱鏡處,放置第二個棱�,則能夠改變個棱鏡的狀�(tài)。實際上,在個棱鏡的斜邊A一B�,當(dāng)入射波的入射角大于臨界角�,為了滿足界面上的邊界條�,在棱鏡斜邊的鄰域應(yīng)存在有高次波�。這些波型類似于波�(dǎo)中的高次波型的特�,它隨傳播距離急劇衰減,但�,在波長量級的距離上還是存在�。當(dāng)?shù)诙€棱鏡置于高次波區(qū)域時,部分入射波能量通過它而傳��
  為了得到定向耦合的作�,必須使棱鏡的垂直邊是透明�,即使得它們是“匹配的",于是在上圖�2端口沒有功率傳輸,即完全隔離�
  這種方法可以建立具有很高方向性的定向耦合�,并籍助改變棱鏡間的間隙S來調(diào)整耦合�
  指出,這種器件可作為可變衰減器來使�,此��3端口作為輸出��2�4端口接匹配負載�

�(chǎn)生的背景

  在波長�=8mm的波�,使用波�(dǎo)器件是沒有多大困難的;但對于更短的波�,雖然也可以在波�(dǎo)上設(shè)計出一些功能器�,不過經(jīng)濟代價卻成了問題,對制造所允許的公差也引起了關(guān)��
  更為嚴重的是,隨著頻率升高波�(dǎo)的損耗增大得較快,近似理論計算指出是按λ的負指�(shù)倍規(guī)律增大的。基于上述原�,從λ=2mm�3mm開始�(zhuǎn)向采用準(zhǔn)光器�。介�(zhì)鏡耦合器就是這樣一種滿足條件的器件�

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