小型化多层双模基片集成波导平衡带通滤波器

针对平衡滤波器小型化和高选择的应用需求,提出两种新型的多层双模基片集成波导平衡带通滤波器。首先详细分析了基于平衡端口馈电的双模基片集成波导谐振器的特性;然后根据谐振模式分布特性,设计了一种输入输出馈线同时在上层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,下层双模谐振器通过十字交叉槽线结构与上层谐振器耦合,可以实现三个传输零点;又提出一种输入和输出馈线分别在上层和下层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,上层和下层谐振器通过一个槽线进行耦合,可以实现两个对称的传输零点。基于提出的两种平衡滤波器结构,分别设计了一个中心频率为10 GHz的平衡带通滤波器,并进行加工和测试。测试和仿真结果一致性较好,表明了该结构可以实现小型化和高选择,并且具有很好的共模抑制特性。     

新型负耦合结构在基片集成波导滤波器中的应用

针对高性能交叉耦合基片集成波导带通滤波器的应用,提出一种新型负耦合结构,该耦合结构由两个短路耦合线设计实现,并详细分析了其特性,能够实现较弱或较强的负耦合。总结了基于特征多项式的耦合矩阵综合优化方法,并通过两个滤波器的设计进行说明。基于综合得到的两个耦合矩阵,设计了两个中心频率为10 GHz的四阶交叉耦合基片集成波导带通滤波器,第一个滤波器的归一化相对带宽为3%,负耦合结构提供交叉耦合,用于说明该耦合结构提供相对较弱的耦合强度;第二个滤波器的相对带宽为8%,负耦合结构提供主耦合,用于说明该耦合结构提供较强的负耦合强度。为了验证滤波器的实际性能,对这两款滤波器进行了加工和测试。测试和仿真结果一致性较好,表明了该负耦合结构用于高性能交叉耦合基片集成波导滤波器设计的可行性。最后讨论了弱色散交叉耦合对传输零点位置的影响。     

打破光子晶体非线性Fano腔结构对称性实现单向传输

设计了一种基于二维光子晶体波导旁侧Fano微腔的全光二极管结构,实现光的单向传输。其关键技术是在光子晶体波导中采用简单反射层打破Fano微腔结构上的空间对称性,使得反射层两侧波导与微腔耦合效率不对称。两侧波导入射光激发微腔非线性克尔材料所需的光强阈值不同,从而实现单向导通功能。通过有限时域差分(FDTD)方法对其传输特性和性能进行了数值仿真和分析,研究发现:该结构在较低的光强阈值下可以实现正向导通、反向截止的全光二极管效果;该结构具有超快的响应时间,达到皮秒量级;该结构具有较高的最大透射率(达到90%)和较高的正反透射比。基于光子晶体结构的设计使得该器件可以具有很好的工作波长可调特性,并易于在目前半导体工艺基础上进行制作以及与其他器件集成。     

基于介质与铁氧体的通阻捷变磁可调频率选择表面设计研究

提出了利用介质陶瓷和铁氧体材料构建可调型带通频率选择表面的设计思路.在C波段波导模式下通过仿真设计出高介电常数方形柱状结构,优化后使其产生宽频的负介电常数,基于等效媒质理论对该结构通阻特性进行分析研究,其传输禁带的产生途径在于介质中产生了具有类Drude谐振形式的电单极子.在相同的仿真环境下对铁氧体结构进行设计优化,调节外加偏置磁场,使铁磁谐振在相应的频点发生,产生负磁导率.利用负介电常数与负磁导率的"双负"特性规律,将两种结构进行组合,协同优化,使电磁谐振相互耦合,实现通带特性.C波段波导模式下的分析表明,两种结构在同一个频点电磁谐振耦合,可以实现"双负"通带的传输效果.在由于铁氧体的磁可调特性,通过改变外加偏置磁场,该通带可以在6—8 GHz范围内可调.对电磁场矢量分布状况和等效参数提取结果进行了数值分析研究,确定了电磁耦合的性质和形成机理,充分验证了这种方法的可行性.对该结构材料样品进行加工,并测试验证,最终实验结果与仿真结果基本一致,实现了"双负"通带的可调.该方法拓展了频率选择表面的设计思路,可用于设计多通带、可调谐频率选择表面.     

基于m×n长方腔谐振器设计的光子晶体帯阻滤波器

为设计高带阻损耗率光子晶体滤波器(PCSBF)结构,通过选择适当的波导与长方腔谐振器耦合长度,调整长方形谐振腔大小,及内部m×n介质柱半径的大小等优化设计了该结构工作性能。用时域耦合模理论(CMT)定性分析了m×n长方腔谐振器设计的PCSBF工作特点,得到了其强耦合帯阻损耗传输状态。用时域有限差分法(FDTD)研究了1440～1625nm波长段PCSBF输出性能。PCSBF归一化帯阻率曲线谱表明该滤波器带阻波段可具有归一化损耗率高、可调谐、平顶阻帯等特性。需要的帯阻波段依赖于该微型PCSBF结构设计,在光纤通信和光路集成领域中滤除不需要的波长信号具有潜在的应用价值。     

空间交叉波导耦合特性分析

由两根在空间呈X型放置的光波导组成的空间交叉波导结构是构成垂直耦合光分束器、垂直耦合光滤波器、垂直耦合光开关和垂直耦合上/下复用器等三维集成光学器件的基本结构单元.提出用一种等效模场匹配法分析空间交叉波导耦合特性,将矩形波导的场分布看成是对圆对称光纤场分布的微扰,解决了对角区场分布的表达,从而计算空间交叉波导的耦合长度,并用三维全矢量光束传输法验证了分析结果.将两种方法所得的空间交叉波导耦合长度加以比较,最大误差为1.2%,平均误差为0.9%.结果表明该等效模场匹配法具有精度高、运算速度快等优点,为基于空间交叉波导的三维集成光学器件的设计和分析提供理论基础.     

基于热膨胀效应的可调光功率分束器设计

可调光功率分束器是集成光子系统中的重要功能器件,其光功率输出具有动态可调控特性,诸多光子系统对其有着广泛需求.本文基于空隙槽型Y分支波导结构,利用热膨胀效应,提出了一种新型可调光功率分束器实现方法,通过调控温度来改变分支处空隙槽的宽度,以实现其分支波导的光功率输出的动态变化.采用有限元方法,对其热膨胀形变和光学性能进行了模拟分析.其模拟结果表明,该器件能实现大范围光分束调控,且对波长和偏振态依赖性低;同时,该器件具有结构简单、易于设计和制作、易于调控等优点,这种新型器件在各种光子系统中具有重要应用前景.     

光子晶体波导与微谐振器耦合特性的研究

在利用耦合模理论(CMT)研究了谐振器与波导之间耦合工作特性的基础上,在二维正方格子光子晶体中设计了两种对称的带有5×5微谐振器的弯折波导。采用时域有限差分法(FDTD)研究了波导的传输特性,结果表明:通过改变微谐振器中心缺陷柱半径大小,波导与微谐振器之间引入了不同的耦合谐振模式,得到了9个通带;这两种波导结构都具有窄带通的特性,其带通频率随微谐振器缺陷柱半径增加向低频移动;微谐振器相同时,侧向耦合波导输出端口通带中心频率强度衰减较直接耦合波导的小,实现了波导与谐振腔之间更强的耦合作用。这两种微型波导均可作为信号处理接口,用于窄带滤波及网络互连器件设计,在光通信、集成光路、光谱传感等领域具有潜在应用价值。     

高Q值超薄完美吸波体设计方法研究

为了增强完美吸波体的吸波性能,提出了一种高Q值超薄完美吸波体的设计方法. 该方法将基片集成波导技术与一般完美吸波体设计方法有机结合,通过合理添加金属过孔实现了高Q值的完美吸波体设计. 利用该方法设计出了厚度0.0065λ、半波功率带宽5.8%的完美吸波体,其吸波率Q值为33.9,比普通完美吸波体吸波率Q值提升了20%以上;其1.5和3 dBsm的雷达散射截面缩减Q值分别提高了54%和67%以上;同时该方法消除了传统设计中的频率偏移问题. 实测与仿真结果表明所设计的吸波体具有高Q值特征,也具有良好的雷达散射截面缩减效果,散射截面缩减最高达14 dBsm. 仿真和实测验证了设计方法的可靠性. 关键词： 基片集成波导技术 频率偏移 吸波率 雷达散射截面     

用于5G通信的二维圆柱型光子晶体波导带通滤波器设计

波导带通滤波器是大功率微波滤波的重要器件,为5G通信基站大功率微波传输提供了可能.基于光子晶体的频率带隙特性,把二维圆柱型光子晶体引入矩形波导中,设计了一款应用于5G通信的二维圆柱型光子晶体波导带通滤波器,仿真研究了该滤波器的滤波特性,以及引入点缺陷、线缺陷时滤波器的性能变化.二维光子晶体结构在矩形波导中在3～7 GH...     

Chirped photonic crystal with different symmetries for asymmetric light propagation

In the present paper, we have carried out analysis of asymmetric light propagation in a chirped photonic crystal waveguide. The designed structures have hexagonal arrangement and square arrangement of silicon rods in air substrate. Dimensions of the defect rods are tailored, so that the proposed design structure works as an optical isolator. The transmission analysis of the structure reveals that it can act as an optical diode. We have plotted the extinction ratio and transmission analysis graphs for the structure, and it has been observed that the maximum output is obtained for telecom wavelength of 1.55 μm. Dispersion curves are obtained using the plane wave expansion method, and the transmission is simulated using finite element method. The proposed structures are applicable for photonic integrated circuits due to their simple and clear operating principle.     

一种基于不平坦基底结构的混合等离子体波导

提出了一种工作于太赫兹波段的、基于半圆柱形"不平坦"InSb基底结构的混合等离子体波导.分析了半导体材料InSb的相对介电常量随工作频率的变化特性,重点研究了该混合波导以及两种不同形变结构的有效模场面积、传播长度、品质因数、能量分布等随波导工作频率、波导尺寸的变化情况.结果表明,本文提出的"不平坦"基底结构波导可以达到与传统结构几乎相同的传播长度,有效模场面积较传统结构减小了一个数量级以上,具有非常强的模场约束性,适合于太赫兹频段高密度集成电路中的应用.     

Review of the Novel Slow-Wave Structures for High-Power Traveling-Wave Tube

All-metal slow-wave structures are being paid great attention because of their advantages, such as good heat dissipation, high power capacity, wide passband, good wholeness of structure and large size etc. The emphases in this paper concentrate on the present state of study of four types of structures: helical groove, ring-plane, folded waveguide and periodically loaded waveguide, including theoretical analyses and practical applications. The problems and directions for future studies of these types of slow-wave circuits are also discussed. It is pointed out that all-metal slow-wave structures are suitable for applications in millimeter wave vacuum devices, like TWT, BWO, Gyro-TWT, and relativistic devices.     

Metamaterial beam scanning leaky-wave antenna based on quarter mode substrate integrated waveguide structure

In this paper, we first propose a metamaterial structure by etching the same two interdigital fingers on the upper ground of quarter mode substrate integrated waveguide(QMSIW). The simulated results show that the proposed QMSIWbased metamaterial has a continuous phase constant changing from negative to positive values within its passband. A periodic leaky-wave antenna(LWA), which consists of 11 QMSIW-based metamaterial unit cells, is designed, fabricated,and measured. The measured results show that the fabricated antenna achieves a continuous beam scanning property from backward-43° to forward +32° over an operating frequencyrange of 8.9 GHz–11.8 GHz with return loss better than 10 d B.The measured antenna gain keeps consistent with the variation of less than 2 d B over the operating frequency range with a maximum gain of 12 d B. Besides, the measured and simulated results are in good agreement with each other, indicating the significance and effectiveness of this method.     

Design of Low-Profile Millimeter-Wave Substrate Integrated Waveguide Power Divider/Combiner

A low-profile millimeter-wave substrate integrated waveguide (SIW) power divider/combiner is presented in this paper. The simplified model of this compact SIW power dividing/combining structure has been developed. Analysis based on equivalent circuits gives the design formula for perfect power dividing/combining. In order to verify the validity of the design method, a four-way SIW power divider/combiner circuit operating at Ka band is designed, fabricated and measured. Good agreement between simulated and measured results is found for the proposed passive power divider/combiner. Experiments on the four-way passive divider/combiner back-to-back design demonstrate a minimum overall insertion loss of 1.5 dB at 31.1 GHz, corresponding to a power-combining efficiency of 84%. The measured 10-dB return loss bandwidth is demonstrated to be 2.2 GHz, and its 0.5-dB bandwidth was 2 GHz.     

天线罩电厚度与材料电参数六端口测量系统设计

 介绍了一个可用于天线罩电厚度与介质材料介电常数测量的六端口反射计系统，它由对称波导五端口结与定向耦合器组成，其关键部件波导五端口结用HFSS软件仿真与设计。介绍了天线罩相对电厚度复反射系数的测量方法。用该系统对滑动短路器复反射系数进行了测量，测量结果表明，系统工作稳定，测试精度高。利用短路波导法测量了材料介电常数和损耗角正切，测量结果显示：介电常数测量的精度和稳定度较高，损耗正切的测量误差较大。     

毫米波折叠波导行波管输入输出过渡波导设计

折叠波导以其宽频带、加工方便而成为一类重要的毫米波与太赫兹波段行波管慢波线。针对折叠波导慢波系统与标准波导的匹配过渡连接,通过等效电路分析与电磁计算软件模拟,设计出了直渐变波导、双曲圆弧渐变波导、切比雪夫阶梯渐变波导3种输入输出过渡波导结构,分析了各种过渡波导的优缺点及结构尺寸对性能的影响。计算表明,经过合理优化的设计,3种过渡结构均可以使反射系数在28~40 GHz波段小于0.05。     

涂覆双层石墨烯的介质纳米线表面等离子体光波导的模式特性研究

设计了一种由涂覆双层石墨烯的圆形介质纳米线组成的表面等离子体光波导。利用有限元法(FEM),数值分析了纳米线半径、介质夹层厚度、石墨烯化学势以及工作频率对波导所支持的电磁场模式的有效折射率、传播长度、归一化模式面积以及品质因数等模式特性的影响。结果表明,这种新型的混合表面等离子体光波导具有很强的模式束缚能力,归一化模式面积非常小,可以实现极高密度的器件集成,并且传输损耗较低。     

新型高增益太赫兹折叠波导慢波结构

提出采用分段变参数型折叠波导慢波结构提高器件增益的新方法。结合小信号理论分析和束-波互作用的三维PIC数值模拟,进行分段变参数型慢波结构的理论设计研究。通过0.345 THz两段式折叠波导慢波结构的设计实现和模拟验证,结果证明, 相同的电子注工作条件下,两段式慢波结构的电子转化效率和饱和功率相对于传统均匀型慢波结构提高了94%,并可以推广应用到多段式。