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1. 研究目的与意义

太赫兹波是指频率在0.1thz到10thz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间，这一波段的电磁波曾在不同的领域中被称为远红外辐射或亚毫米波。thz波在电磁频谱中的特殊位置及其独有的穿透性、安全性、宽带性、瞬态性、相干性等特点使其在成像、信息、医学诊断、环境科学、军事安全和基础物理研究领域有着广阔的应用前景和应用价值。

超导heb混频器则是1thz以上灵敏度最高的相干探测器，进一步提高其灵敏度可使其成为太赫兹波段的理想接收技术之一。而thz波段单个脉冲的频带可以覆盖从ghz 直至几十thz 的范围，在一般的传输形式中传输损耗很大，如何有效地减小射频信号在传输路径中的损耗，实现超导heb混频器的超宽带混频功能就成为了设计高灵敏度的超导heb混频器的一个关键问题。

因此，提高太赫兹波和heb超导结之间的信号耦合，设计一种超宽带、低损耗、高灵敏度的太赫兹信号耦合电路尤为重要。

2. 国内外研究现状分析

太赫兹波段存在丰富的分子转动谱线和原子精细结构谱线，通过对这些分子谱线的高频率分辨率观测，研究以超导heb混频器为前级的thz波段接收机，在射电天文和大气物理, 特别是臭氧层研究中起了重要的作用，在生物体无损检测，未来无线网络等方面也具有很好的应用潜力。

由于超导heb热电子混频技术是基于微米/纳米尺度超导薄膜的强非线性电阻温度(r-t)效应实现高灵敏度和宽瞬时带宽(短时间常数)的一种外差混频技术，同时具有射频频率相关性弱和需求本振功率低的优点，使其在太赫兹频段的地面和空间天文以及大气观测研究中有非常重要的应用前景，目前世界上许多发达国家都致力于超导heb混频器的研究，已经成功将其应用到herschel空间卫星、sofia天文台及地面apex望远镜开展天文观测研究，国内的紫金山天文台也有相关研究。

与较短波长的光学波段电磁波相比，thz波段信号的频率越大其相对带宽就越小，而thz波段是天文观测中的重要波段，因此，超宽带太赫兹波的低损耗传输和高灵敏探测成为了世界各国的重要研究对象。并且，对于0.9-1.3thz频带范围的研究还很少，本研究具有一定的前沿性。

3. 研究的基本内容与计划

本研究采用三维电磁场仿真软件hfss和类似于准光学天线的集总源法，设计一种超宽带、低损耗的太赫兹信号耦合电路，对超导heb混频器的嵌入阻抗在整个0.9-1.3thz的工作频率范围内进行分析研究。系统要研究低通滤波器中高低阻抗线结构对射频信号的传输影响，以及芯片厚度变化对嵌入阻抗所产生的影响。同时，需要模拟仿真实验中可能出现的芯片偏移、馈点尺寸、磨片厚度误差对嵌入阻抗的影响。另外，要用理论计算来支持仿真结果。

采用hfss软件建模，利用其拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，对耦合电路进行模拟仿真分析，完成优化从而使模型具有低损耗、高传输效率；超宽的频带范围；设计和制作简单，便于加工；便于与系统的集成等特点，使本设计不仅有很好的模拟仿真结果，更可以在实际器件的研制当中被参考和采用。

2013年2月25日-2012年2月29日完成开题报告；

3月2日-3月20日熟悉使用hfss软件的设计流程；

4. 研究创新点

在以往的设计中，有降低波导高度的波导混合电路有助于低阻抗匹配和带宽匹配，但是在太赫兹频段，这样的波导难以制造，信号在传输过程中损耗很大。由于微带线与金属波导相比，它具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等特点，但是损耗大，而采用矩形波导和微带线设计的耦合电路能够取长补短，在超宽的频带范围内有效地减小信号的传输损耗，实现超宽带、低损耗的特性。

另外，采用HFSS软件进行建模、模拟仿真和分析，具有快捷的仿真速度、高效的仿真精度和可靠性，有效的减少了时间和精力，可以完成优化从而使模型达到更高的性能。