[發明專利]基于薄膜工藝的太赫茲窄波束透射陣天線及其實現方法

有效

• 申請號: 201911075366.4
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN111146558B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 吳林晟;陳謝鵬;馮金龍;孔海龍;毛軍發
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01Q1/12
• 分類號: H01Q1/12;H01Q15/24;H01Q15/12;H01Q13/06;H01Q19/06
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種基于薄膜工藝的太赫茲窄波束透射陣天線，包括：由上而下依次設置的頂層透射陣固定用夾具、上層保護用泡沫、透射陣、中層支撐用泡沫、饋源波導以及支架，其中：頂層透射陣固定夾具內部自下至上設有三個空腔，透射陣包括：保護層、上層導電圖案、介質層、下層導電圖案以及粘合層。本發明通過陣列不同位置的單元對電磁波進行相位補償，從而可以精確控制天線的波束寬度；相比于常規的透射陣列天線，極化轉換單元僅需要單層介質，從而獲得更小的體積；同時，薄膜工藝加工精度高，導電圖案線條尺寸精細，克服了PCB工藝精度較低引起的太赫茲透射陣天線性能差的問題。

技術領域

本發明涉及的是一種微波通信領域的技術，具體是一種基于薄膜工藝的太赫茲窄波束透射陣天線及其實現方法。

背景技術

平面透射式陣列是現有實現窄波束天線的常用方法，其設計思想來源于利用介質厚度的變化調節波程差的透鏡天線。平面透射陣由大量呈周期或準周期排列、具有特定傳輸相位的單元組成，通過調節各陣列單元的結構參數實現所需的相位，可將介質透鏡曲面結構平面化。根據陣列設計和幾何光學理論，合理調節透射陣面各單元的補償相位，可使饋源發射出的類球面波轉換為類平面波，最終在遠場所設計的方向獲得筆形、扇形或其它形狀的波束；但現有的平面透射陣天線一般工作在較低頻段，通常采用PCB工藝實現。在太赫茲頻段，PCB板材損耗較大，且PCB工藝加工精度較低，難以滿足太赫茲頻段陣列單元的尺寸要求。因此，基于PCB技術的太赫茲透射陣天線性能較差，無法滿足太赫茲無線系統的應用需求。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于薄膜工藝的太赫茲窄波束透射陣天線及其實現方法，可覆蓋太赫茲頻段，具有高方向性、波束寬度小、結構簡單、易于組裝、體積小、質量輕和成本低等優點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于薄膜工藝的太赫茲窄波束透射陣天線，包括：由上而下依次設置的頂層透射陣固定用夾具、上層保護用泡沫、透射陣、中層支撐用泡沫、饋源波導以及支架，其中：頂層透射陣固定用夾具和支架將透射陣、上層保護用泡沫以及中層支撐用泡沫固定在一起，上層保護用泡沫避免透射陣直接暴露于空氣中被氧化污染，中層支撐用泡沫確保透射陣與饋源波導的間距符合設計要求，饋源波導輻射出電磁波，電磁波通過中層支撐用泡沫達到透射陣，透射陣對接收到的電磁波波束進行調控并在邊射方向形成所需要的窄波束電磁輻射。

所述的頂層透射陣固定夾具內部自下至上設有三個空腔，其中：位于底部的空腔為圓柱體且其尺寸與饋源波導上部圓盤尺寸相同，位于中部的空腔為長方體且其尺寸與中層支撐用泡沫尺寸相同，位于上部的空腔為長方體且其尺寸與上層保護用泡沫尺寸相同。

所述的頂層透射陣固定夾具為低介電常數的介質，有效避免了對電磁波的擾動。

所述的上層保護用泡沫與中層支撐用泡沫均為長方體結構，其材質為介電常數近似為1的介質，電磁特性與空氣接近，在有效避免透射陣直接暴露于空氣中被氧化污染并保證透射陣與饋源波導距離符合設計尺寸的同時，也保證了天線的輻射特性不受影響。

所述的透射陣基于極化轉換諧振原理，在實現正交線極化相互轉換的同時，使各單元具有獨立控制的補償相位；該透射陣的外形為長方體以實現對接收到的電磁波波束進行調控并在邊射方向形成所需要的窄波束電磁輻射功能，具體包括：保護層、上層導電圖案、介質層、下層導電圖案以及粘合層，其中：上層導電圖案具有導電性以透過橫向線極化電磁波并反射縱向線極化電磁波，介質層為介電常數為3.4的介質，下層導電圖案具有導電性以便在諧振頻率附近頻帶內將縱向與橫向線極化電磁波相互轉換，長方體結構的粘合層為具有粘性的低介電常數介質，長方體結構的保護層為具有防氧化保護作用的低介電常數介質。

所述的饋源波導包括：矩形波導、分別位于矩形波導兩端的圓盤和法蘭盤，其中：圓盤位于靠近透射陣一側，法蘭盤位于遠離透射陣一側，圓盤與法蘭盤上均開有矩形波導口。

所述的饋源波導遠離透射陣一側的法蘭盤上的矩形波導口用于外部連接。