薄膜铌酸锂反向锥形端面耦合器

薄膜铌酸锂波导与单模光纤在模场尺寸上存在很大差异,模场失配严重,导致两者直接耦合的效率低下。针对薄膜铌酸锂波导与超高数值孔径(ultra-high numerical aperture, UHNA)光纤的端面耦合问题,基于时域有限差分(finite difference time domain, FDTD)法优化设计了反向锥形端面耦合器的结构参数,仿真实现了薄膜铌酸锂矩形波导与UHNA光纤的高效耦合。利用电子束曝光、电感耦合等离子体刻蚀等工艺,制备了反向锥形耦合器,设计并建立了端面耦合测试平台,完成了反向锥形耦合器的性能测试。实验结果表明,反向锥形耦合器近场输出光斑在水平和垂直方向的模场直径分别为3.3和3.6μm,水平和垂直方向的3 dB对准容差分别为3.0和3.2μm,单端插入损耗为6.24 dB/面,表明设计制作的反向锥形耦合器具有较好的耦合性能。该研究为大容量、高速率的集成光子器件与光纤之间的耦合提供了高耦合效率的光接口方案。

一种宽带微带单脉冲阵列天线设计

设计了一种工作在C波段的宽带微带单脉冲阵列天线,采用口径耦合馈电和附加寄生贴片方式拓展微带天线带宽,利用三分支定向耦合器结构设计宽带微带和差网络,并与4×4微带阵列天线组成宽带单脉冲阵列天线,设计仿真后加工实物,经过实测,天线工作带宽1.2 GHz。

波导带状线同轴线型定向耦合器特性

给出了波导带状线同轴线型定向耦合器技术参量的计算表达式,利用Matlab软件定量地研究了耦合器结构尺寸和输入波频率对耦合器的技术参量的影响。数值结果表明:方向角对耦合度及方向性的影响最大;耦合小孔深度对理想方向角影响最大;输入频率在低频端(小于2.0GHz)对理想方向角的影响很大,而在中高频端的影响较小。在波导带状线同轴线型定向耦合器的设计中,除了可以改变小孔大小及旋转方向来满足耦合度和方向性外,还可以通过改变带状线尺寸以及耦合器位置来调节耦合度和方向性。

高功率圆波导多孔阵列定向耦合器设计

设计了一种应用于8mm回旋管输出功率测量和频谱监测的圆波导-矩形波导多孔阵列耦合定向耦合器。利用弱耦合波理论推导了多孔阵列耦合公式,从数值计算和模拟仿真两个方面对比分析了8孔孔径阵列分别呈正反分布的等孔径、二项式、切比雪夫和高斯分布的耦合特性。在此基础上,结合等孔径分布耦合度带内波动小和切比雪夫分布高定向性的优点,提出了复合孔径阵列的设计思想。模拟结果显示:复合孔径阵列很好地兼顾了多种孔径阵列分布的优势,带内耦合度波动较小,有效频带范围较宽,且定向性优越。同时对定向耦合器的方向性改善进行了探讨,可以看出,适当的孔径分布阵列如切比雪夫分布和阵列边缘尾孔间距的调整都可以有效地提高定向性。

圆波导-矩形波导小孔耦合定向耦合器设计

设计了圆波导-矩形波导通过小孔耦合的定向耦合器装置,应用于高功率微波器件输出功率测量。利用弱耦合波理论分析了单孔耦合,对单孔耦合进行了理论分析和数值计算,并在HFSS中模拟了中心频率34 GHz、耦合度-40 dB的TE01-TE10单孔耦合,将数值计算结果和模拟结果进行了对比,两者最大差值为0.4 dB,相对误差近1%,从而证实理论分析和数值计算的正确性,证实了此种单孔耦合器不具备定向耦合的条件。在单孔耦合的基础上利用相位叠加原理详细分析了多孔定向耦合阵列原理,得出多孔耦合器且满足反向相位相消的条件才具备定向耦合;为设计此种定向耦合器提供了设计理论和参考依据。在实际加工中只要给出标定的耦合度和方向性系数就可以确定耦合孔尺寸。

一种带状线定向耦合器场分布的求解

通过两次利用Schwarz-Christoffel变换函数,先把理想的带状线变换到实轴上,然后再变换成为平板电容器,得到与两次变换过程相对应的两个变换函数,从而根据复合函数的性质,求出波导-带状线-同轴线型定向耦合器中的场分布。再根据小孔耦合理论,导出了耦合度、方向性的计算公式。最后对耦合度的理论计算结果与实际测试数据进行了对比,两者仅相差1.04 dB,吻合得很好。

基于基片集成波导的K波段定向耦合器

针对传统微带定向耦合器传输损耗大,不适合工作在毫米波段,金属波导定向耦合器体积大难以集成加工的问题,提出了基于基片集成波导的K波段定向耦合器。该定向耦合器利用基片集成波导作为微波传输结构,工作于K波段,具有2GHz的工作带宽,通过调整公共窄壁缝隙的宽度可以得到具有不同耦合度的定向耦合器。实验结果表明:该耦合器在较宽的工作频段内具有很高的传输系数,并且与微带平面电路匹配良好可以集成加工到平面电路中去,隔离度和耦合度与理论分析一致。

衬底型五级超宽带带状线耦合器的设计

设计一种0．35～3．80GHz频段的6dB五级超宽带祸合器．耦合器前两级采用衬底型平行耦合带状线结构，后三级采用传统侧边耦合带状线结构．在带状线级联处加载客性开路膜片补偿电路，改善电路的匹配性能，降低器件的回波损耗．衬底型紧褐合结构克服了印刷电路工艺对耦合带状线线间距的限制，且不需要高分辨率的制作过程，也不会引入焊点等不连续性结构．仿真的耦合系数和实测数据有较好的一致性．

基于小孔耦合的毫米波宽带定向耦合器研究

基于小孔耦合理论和电磁场全波分析法,根据正向叠加和反向抵消原则,确定耦合孔半径、间距和数量,并通过HFSS软件进行仿真设计,实现了毫米波段定向耦合器的工作频段展宽;提出了一种新颖的波导腔体三层结构设计方案,解决了波导接触面缝隙切割电流引起的毫米波辐射问题,实现了波导无辐射装配,提高了器件的稳定性和可靠性。成功研制的毫米波W波段宽带、高耦合度定向耦合器在88~102 GHz频段传输损耗0.6 d B,两路输出幅度误差优于±0.3 d B,隔离度大于18 d B。

半模基片集成波导窄壁缝隙耦合定向耦合器

半模基片集成波导(HMSIW)是最近刚刚提出的一种微波毫米波平面集成导波结构,具有品质因数高,损耗小,结构紧凑和高集成度等优点。本文基于HMSIW技术和标准印刷电路板(PCB)工艺设计并研制了6 dB、10 dB、15 dB和20 dB四种窄壁缝隙耦合定向耦合器。所设计的定向耦合器在保留与基片集成波导(SIW)定向耦合器性能相同的基础上,将体积减小了近一半。测试结果与Ansoft HFSS商用软件仿真结果基本一致,验证了所设计的定向耦合器具有小型化和性能良好等优点。

一种新型定向耦合器的设计

利用一种简单的保角变换函数求出了带状线中的场分布,从而提出了波导一带状线-同轴线型定向耦合器的一种设计方法,导出了耦合度、方向性、理想方向性夹角等有关公式,并对理论计算结果与实际测试数据进行了对比,两者得到满意的吻合。

基于小孔耦合的毫米波宽带定向耦合器研究

本文基于小孔耦合理论和电磁场全波分析法,根据正向叠加和反向抵消原则,确定耦合孔半径、间距和数量,并通过HFSS软件进行仿真设计,实现了毫米波段定向耦合器的工作频段展宽;提出了一种新颖的波导腔体三层结构设计方案,解决了波导接触面缝隙切割电流引起的毫米波辐射问题,实现了波导无辐射装配,提高了器件的稳定性和可靠性。成功研制的毫米波W波段宽带、高耦合度定向耦合器在88-102GHz频段传输损耗0.6d B,两路输出幅度误差优于±0.3d B,隔离度大于18d B。

波导芯层折射率不同的定向耦合器研究

利用耦合理论研究了芯层折射率不同的定向耦合器的耦合特性,得到了其耦合波方程的通解.给出了不同入射条件下波导耦合引起的光场功率和相位的变化特性,并与通常理论研究的等芯层折射率的结果进行了比较.特别指出,等芯层折射率的光波导耦合特性是本文所研究耦合特性的特例,对于芯层折射率不同的双波导定向耦合器,当光从折射率较大的波导入射时,两波导中的光场功率存在着周期性的不完全交换,芯层折射率较大的波导相对于另一波导的相位差有起伏地反向增大,而等芯层折射率时两波导间有周期性的完全功率交换,光场间相位差为π/2;当等强度光从两个波导入射时,光在两波导传输过程中存在功率交换,芯层折射率较大的波导相对于另一波导的相位差有起伏地增大,而等芯层折射率时两波导间没有功率交换,光场等振幅、等相位传播.

小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器设计

提出了一种小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器,采用新颖的阶梯结构,将两个单通道耦合器结合,可在双通道内实现相同的耦合输出。研究结果表明,在180~260 GHz的频率范围内,该耦合器的耦合度为10 dB,输出最大误差小于1.6 dB,回波损耗大于25 dB,隔离度大于35 dB,相对带宽达到36%。与传统的太赫兹波导定向耦合器相比,该耦合器能够实现双通道的耦合输出,在太赫兹系统中可用于双通道的功率检测、功率合成与分配。

矩形波导定向耦合器特性分析

根据小孔耦合理论,简单介绍矩形波导单孔定向耦合器的最佳技术指标;为了实现宽频带、弱耦合、最佳耦合平坦度、高方向性等指标,需要设计一种新型的矩形波导多孔定向耦合器,分别对耦合孔位置、耦合孔数目、端口驻波比、耦合孔分布方式及耦合孔间距等影响定向耦合器耦合平坦度、方向性指标的因素做出详细的分析,在此基础上,采用基于切比雪夫孔阵分布的矩形波导多孔定向耦合器,从而实现了全频段耦合平坦度为±0.4dB,方向性大于30dB的矩形波导多孔定向耦合器。

等差方孔耦合型太赫兹波导定向耦合器设计

设计了一种宽频带、高方向性、耦合平稳的方孔耦合型太赫兹波导定向耦合器。基于多孔耦合原理,用13组小孔来实现宽频带,耦合孔正方形等差减小等间距排列来实现高方向性和较好耦合平坦性。通过HFSS软件对该耦合器进行模型仿真及优化,结果表明,在0.3~0.5 THz频段内,各端口回波损耗均小于-26 d B,耦合度为(7.8±0.6)d B,属于强耦合且耦合度平坦性良好,隔离度达到30 d B以上,即方向性较好且优于20 d B,平均插入损耗为0.7 d B,相对带宽达到45%。对基于MEMS技术的该耦合器的工艺制作流程进行了阐述,可利用该方法进行加工。

L波段小型化同轴-共面波导定向耦合器

设计了一种适用于L波段高功率微波辐射场测量的同轴型定向耦合器。分别选择同轴线和金属底板共面波导（CBCPW）作为主副传输线，减小定向耦合器横截面积；利用小孔耦合理论和微元法对耦合结构进行理论分析，选择连续渐变的菱形耦合缝隙，缩短定向耦合器长度；采用数值模拟的方法对耦合器结构进行优化，并对其性能参数进行实验测试，结果表明，在1～2GHz频带范围内耦合度约为47dB，方向性大于17dB。

S波段高功率矩形波导定向耦合器的设计

根据Bethe小孔耦合理论,设计出在S波段(1.8～2.6 GHz)电磁波通过矩形波导宽边圆孔耦合的定向耦合器。为提高定向耦合器的方向性,孔径采用切比雪夫孔径分布。根据预定的技术指标,初步设计出等孔间距的波导定向耦合器的有关参数。在此基础上,利用仿真软件CST对小孔厚度和部分孔间的距离进行优化,大大提高定向耦合器的整体性能。

定向耦合器耦合长度与波导结构的关系

以图解方式阐明光通信开关(光波导型光开关)中定向耦合器的耦合长度与波导结构——波导间距、波导折射率、介质折射率、两波导间介质折射率及光波长的关系.

毫米波定向耦合器的设计与优化

根据Bethe小孔耦合理论,结合耦合波衰减因子和场平均修正因子,设计出一定向耦合器,并且利用电磁仿真软件CST进行仿真和优化,在通常等孔间距的情况下,改变了部分孔间距,使其隔离度性能得到了进一步的提高。在设计的30GHz到40GHz的工作频段内,耦合度的仿真值与理论值相比偏差在0.15dB之内,隔离度小于-54dB。最后对实测结果进行了分析,并给出了由各个参数加工误差可能引起的实际误差。