[發明專利]太赫茲波段三維漸變介電常數陣列天線

有效

• 申請號: 201710409091.8
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107086370B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 林斌;張培濤;蔡沅坤;葉廣雅;劉澤泰;張穎
• 申請（專利權）人: 廈門大學嘉庚學院
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q21/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;薛金才

本發明提供一種太赫茲波段三維漸變介電常數陣列天線，其使用矩形環嵌套天線作為陣元天線，通過外圈矩形環的饋電輻射和內圈矩形環的感應輻射相疊加，獲得較大的天線工作帶寬；多個矩形環嵌套天線按照矩形陣列結構排列組成天線陣列，多個陣元天線的輻射相疊加，進一步增強天線的輻射強度；使用三維漸變介電常數陶瓷介質基板，進一步增強天線的輻射強度和工作帶寬，提高陣列天線的性能冗余，保證天線滿足現有太赫茲設備對于太赫茲波段天線的性能要求。

技術領域

本發明屬于通信領域，具體涉及一種太赫茲波段三維漸變介電常數陣列天線。

背景技術

太赫茲（Terahertz，簡稱THz）波是介于微波與紅外波段之間的電磁波段，其廣義頻率范圍通常是指頻率在0.1～10?THz(波長在0.03～3?mm)波段的電磁波。1?THz對應的光子能量約為4.14?mcV，在宇宙大爆炸過程中發射出的98%的光子能量都位于太赫茲的頻率范圍。由于科學家們受到對太赫茲波進行探測的設備的限制，因此在上世紀80年代以前，太赫茲技術的發展十分緩慢，太赫茲波并未受到人們廣泛地開發和利用，因此太赫茲波段被人們稱為“太赫茲空白”（terahertz?gap）。從上世紀八十年代至今，由于科學家們在太赫茲輻射源產生設備以及對太赫茲輻射進行探測的設備上均得到了突破，因此太赫茲技術在這幾十年得到了前所未有的發展。

太赫茲波擁有許多獨特的優異性能，這些優異的性能是其他任意一種電磁波所不具備的。首先，太赫茲波的能量極低，與現在人們所用來進行探測的X光射線相比較起來幾乎可以忽略不計，尤其將太赫茲波用在活體檢測上，幾乎不會對檢測對象造成任何傷害，因此將太赫茲波用在醫學檢測上將具有廣闊的市場前景。其次太赫茲波頻率很高，通過香農信道容量公式我們可以清楚的知道，如果將太赫茲技術應用在通信領域，將會使傳輸速度向前跨越一大步，使通信技術發展邁上一層新的臺階。將太赫茲技術應用在衛星通信領域，鑒于外太空近似真空沒有水分的環境，這將會使傳輸速度大大的增加，因此太赫茲通信技術有著巨大的應用潛力。太赫茲波穿透能力極強，尤其在非極性液體和一些介電材料的透視成像上表現出的效果極佳，如果再與太赫茲波超高的頻率特性結合在一起，可將其作為現階段人們所擁有的成像技術的一種強有力的補充，并可在機場、車站等人流量密集的公共場合的危險物品檢測領域大顯身手。

作為太赫茲電磁波的發射和接收裝置，太赫茲波段天線的性能對太赫茲波段設備的性能有著決定性的影響?，F有太赫茲設備對于太赫茲波段天線的性能要求是：尺寸較小，可以放進毫米數量級的太赫茲設備里，工作中心頻率在1THz附近，回波損耗最小值小于-15dB，絕對工作帶寬大于0.1THz，相對工作帶寬大于10%，天線有較大性能冗余，可以在各種不可預知的電磁環境中保證太赫茲電磁波的傳輸質量。

矩形環嵌套天線是一種簡單高效的寬頻帶天線，外圈矩形環在饋電后產生輻射，內圈矩形環部分吸收外圈矩形環的輻射能量后，可以產生感應輻射。內外圈矩形環的大小不同，輻射的頻率也不同，多個矩形環在不同頻率的輻射相疊加，使矩形環嵌套天線擁有較寬的工作頻段。多個矩形環嵌套天線按照矩形陣列結構排列組成天線陣列，可以讓它們的輻射相疊加，進一步增強天線的輻射強度。

三維漸變介電常數介質基板是一種介電常數可以沿著介質基板長、寬、高三維漸變的新型漸變介電常數陶瓷介質基板。使用三維漸變介電常數介質基板后，每個陣元天線的介質基板介電常數都不相同，陣列天線整體可以看作是多個介電常數不同的天線相疊加，每個天線的諧振頻點不同，當多個諧振頻點距離較近時，多個工作頻帶會疊加而形成一個輻射強度和工作帶寬都較大的工作頻帶，從而提高陣列天線的性能冗余。

發明內容

本發明的目的是提供一種太赫茲波段三維漸變介電常數陣列天線。

本發明采用以下技術方案實現：一種太赫茲波段三維漸變介電常數陣列天線，其特征在于：包括基板、貼覆在基板背面的天線接地板和貼覆在基板正面的矩形環嵌套陣列輻射貼片；天線接地板為全金屬接地結構，所述矩形環嵌套陣列輻射貼片由矩形環嵌套小天線按照矩形陣列結構排列組成的天線陣列。