一种多通带太赫兹三层真空窗及其实现方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109946784A(43)申请公布日2019.06.28(21)申请号201711381156.9(22)申请日2017.12.20(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人杜朝海姬晓刘濮鲲(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理有限公司11360代理人王岩(51)Int.Cl.G02B6/00(2006.01)G02B7/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图6页(54)发明名称一种多通带太赫兹三层真空窗及其实现方法(57)摘要本发明公开了一种多通带太赫兹三层真空窗及其实现方法。本发明采用第一至第三介质窗片的三层窗结构，满足真空密封的需求，第一和第三介质窗片与第二介质窗片的谐振频率相互作用，促使谐振频率处带宽变宽，形成具有宽带特性的多通带，相对于单片窗来讲极大拓宽了透过的频带宽度，同时实现了多通带传输；采用第一至第三介质窗片依次间隔在第一至第四圆环支撑架中形成对称结构，圆环支撑架将介质窗片固定并真空密封，并辅助调节带宽；本发明整体结构简单，圆环支撑架与圆柱波导焊接实现真空密封，介质窗片在满足电磁波穿透性能的同时具有易于加工，成本较低的优势。CN109946784ACN109946784A权利要求书1/2页1.一种多通带太赫兹三层真空窗，其特征在于，所述多通带太赫兹三层真空窗包括：第一至第三介质窗片、第一至第四圆环支撑架以及圆柱波导；其中，所述第一圆环支撑架、第一介质窗片、第二圆环支撑架、第二介质窗片、第三圆环支撑架、第三介质窗片和第四圆环支撑架同轴且平行依次紧密排布在圆柱波导内；所述第一至第三介质窗片分别为沿轴向厚度均匀且在与轴垂直的平面为圆形，材料采用相同的介质；所述第一至第四圆环支撑架的半径相同，圆环支撑架的内径小于介质窗片的直径，并且圆环支撑架的外径等于圆柱波导的内径，从而圆环支撑架将介质窗片固定并真空密封；位于第二介质窗片两侧的第二和第三圆环支撑架的厚度相同，所述第一和第三介质窗片的厚度相同，从而在第二介质窗片的两侧形成对称的介质-空气/真空-介质-空气/真空-介质的结构；真空窗中电磁波的中心频率由第一至第三介质窗片的厚度决定，第二介质窗片的厚度t0满足t0＝Nλgd/2，电磁波在第二介质窗片内形成谐振，根据谐振特性，在多个谐振频率形成谐振通带，从而形成多通带；位于两侧的第一和第三介质窗片，厚度与电磁波的中心频率和所需带宽有关，厚度小于第二介质窗片的厚度，与第二介质窗片形成匹配，同时由于第一和第三介质窗片具有自己的谐振频率，进而和第二介质窗片的谐振频率相互作用，促使谐振频率处带宽变宽，进一步形成具有宽带特性的多通带；第二和第三圆环支撑架依次间隔在第一至第三介质之间，从而形成介质/真空层，通过调节第二和第三圆环支撑架的厚度辅助调节带宽；其中，t0为第二介质窗片的厚度，N为正整数，λgd为第二介质窗片内电磁波的波长。2.如权利要求1所述的三层真空窗，其特征在于，所述第一至第三介质窗片采用的介质为陶瓷、蓝宝石和金刚石中的一种。3.如权利要求1所述的三层真空窗，其特征在于，所述第一和第三介质窗片的厚度是第二介质窗片厚度的一半。4.如权利要求1所述的三层真空窗，其特征在于，所述第二和第三圆环支撑架的厚度决定了介质-空气/真空-介质-空气/真空-介质的结构中真空/介质层的厚度，通过调节第二和第三圆环支撑架的厚度辅助调节多通带的带宽。5.如权利要求1所述的三层真空窗，其特征在于，所述第一至第四圆环支撑架采用延展性好、导热性和导电性高的材料。6.一种多通带太赫兹三层真空窗的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：1)根据工作频率确定圆柱波导的半径，为实现超宽频带传输，圆柱波导工作在过模状态；2)真空窗中电磁波的中心频率由第一至第三介质窗片的厚度决定，第二介质窗片的厚度t0满足t0＝Nλgd/2时，电磁波在第二介质窗片内形成谐振，根据谐振特性，在多个频点形成谐振通带，从而形成了多通带，其中，t0为第二介质窗片的厚度，N为正整数，λgd为第二介质窗片内的电磁波的波长；第二介质窗片的厚度越薄，电磁波的透过效率越高，透过电磁波的频带越宽；3)位于两侧的第一和第三介质窗片，厚度小于第二介质窗片的厚度，与第二介质窗片形成匹配，同时由于第一和第三介质窗片具有自己的谐振频率，进而和第二介质窗片的谐振频率相互作用，促使谐振频率处带宽变宽，进一步形成具有宽带特性的多通带；4)第二和第三圆环支撑架依次间隔在第一至第三介质之间，从而形成介质/真空层，在2CN109946784A权利要求书2/2页第二介质窗片的两侧形成对称的介质-空气/真空-介质-空气/真空-介质的结构，通过调节第二和第三圆环支撑架的厚度t2辅助调节带宽；