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          太赫茲波段三維漸變介電常數(shù)陣列天線

          作者:林斌 時(shí)間:2017-11-28 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:太赫茲技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,要求太赫茲波段天線具有更強(qiáng)的輻射特性和更寬的工作頻段。本文使用三維漸變介電常數(shù)陶瓷基板作為天線介質(zhì)基板,創(chuàng)造性地將矩形環(huán)嵌套陣元天線和矩形陣列結(jié)構(gòu)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了一款太赫茲波段三維漸變介電常數(shù)陣列天線,制作了天線樣品進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明,該款天線的工作中心頻率為1.032THz,回波損耗最小值為-42.34dB,天線工作頻帶范圍為0.873~1.476THz,絕對工作帶寬為0.603THz,相對工作帶寬為51.34%。該款天線在尺寸壓縮方面有較大優(yōu)勢,具有較為充裕的性能冗余,

          作者 / 林斌 廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院(福建 漳州 363105)

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201711/372157.htm

          *基金項(xiàng)目:福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目(編號:JAT160646)

          林斌(1984-),男,碩士,講師,研究方向:微波射頻器件設(shè)計(jì)、太赫茲波段器件設(shè)計(jì)。

          摘要:太赫茲技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,要求具有更強(qiáng)的輻射特性和更寬的工作頻段。本文使用作為天線介質(zhì)基板,創(chuàng)造性地將矩形環(huán)嵌套陣元天線和矩形陣列結(jié)構(gòu)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了一款太赫茲波段三維漸變介電常數(shù)陣列天線,制作了天線樣品進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明,該款天線的工作中心頻率為1.032THz,回波損耗最小值為-42.34dB,天線工作頻帶范圍為0.873~1.476THz,絕對工作帶寬為0.603THz,相對工作帶寬為51.34%。該款天線在尺寸壓縮方面有較大優(yōu)勢,具有較為充裕的性能冗余,是目前已知的工作帶寬最大的,有望得到廣泛應(yīng)用。

          引言

            太赫茲波的波長大于30微米而小于3毫米,頻率高于微波而低于紅外波。1THz對應(yīng)的光子能量約為4.14 mcV,宇宙射線的大部分能量都位于太赫茲波段[1-2]。由于科學(xué)家們受到對太赫茲波進(jìn)行探測的設(shè)備的限制,因此在上世紀(jì)80年代以前,太赫茲技術(shù)的發(fā)展十分緩慢,太赫茲波并未受到人們廣泛地開發(fā)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(jì)80年代至今,由于科學(xué)家們在太赫茲輻射源產(chǎn)生設(shè)備以及對太赫茲輻射進(jìn)行探測的設(shè)備上均得到了突破,因此太赫茲技術(shù)在這幾十年得到了前所未有的發(fā)展[3-4]。

            太赫茲波擁有許多獨(dú)一無二的特別性能,首先,太赫茲波的能量極低,與現(xiàn)在人們用來進(jìn)行探測的X光射線相比幾乎可以忽略不計(jì),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(yī)學(xué)檢測上具有廣闊的市場前景;其次太赫茲波頻率很高,如果將太赫茲技術(shù)應(yīng)用在通信領(lǐng)域,將會使傳輸速度向前跨越一大步,使通信技術(shù)發(fā)展邁上一層新的臺階;將太赫茲技術(shù)應(yīng)用在衛(wèi)星通信領(lǐng)域,鑒于外太空近似真空、沒有水分的環(huán)境,這將會使傳輸速度大大增加,因此,太赫茲通信技術(shù)有著巨大的應(yīng)用潛力;太赫茲波穿透能力極強(qiáng),尤其在非極性液體和一些介電材料的透視成像上表現(xiàn)出的效果極佳,如果再與太赫茲波超高的頻率特性結(jié)合在一起,可將其作為現(xiàn)階段人們所擁有的成像技術(shù)的一種強(qiáng)有力的補(bǔ)充,可用于污染源遠(yuǎn)程檢測與定位,并可在機(jī)場、車站等人流量密集的公共場合的危險(xiǎn)物品檢測領(lǐng)域大顯身手[5-7]。

            是收發(fā)太赫茲波的關(guān)鍵器件,其性能決定著太赫茲波段設(shè)備的性能優(yōu)劣。太赫茲波段天線設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)的性能目標(biāo)是:天線尺寸小于太赫茲設(shè)備的尺寸,最好控制在200μm×200μm以內(nèi);天線諧振頻率為1THz左右;回波損耗值小于-10dB時(shí),天線的帶寬大于0.1THz,天線最低回波損耗值小于-15dB;天線能夠全向輻射;天線性能冗余較為充裕,可以在各種電磁環(huán)境中保證太赫茲電磁波的傳輸質(zhì)量[8-9]。

          1

            是一種簡單、高效的寬頻帶天線,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。的外圈最大的矩形環(huán)在饋電后可作為金屬線圈天線產(chǎn)生輻射,此時(shí)內(nèi)圈金屬矩形環(huán)可以部分吸收外圈矩形環(huán)的輻射能量,生成感應(yīng)電流,產(chǎn)生感應(yīng)輻射。內(nèi)外圈矩形環(huán)的大小不同,所產(chǎn)生的輻射的頻率也不同,從外到內(nèi),四個(gè)矩形環(huán)的輻射頻率逐漸提高,多個(gè)矩形環(huán)在不同頻率的饋電輻射和感應(yīng)輻射相疊加,使矩形環(huán)嵌套天線擁有較寬的工作頻段。

          2

            是一種全新結(jié)構(gòu)的陶瓷介質(zhì)基板,其介電常數(shù)可以沿著基板長、寬、高三維逐漸變化,結(jié)構(gòu)如圖2所示,圖中數(shù)字表示某塊小陶瓷塊的介電常數(shù)。在陣列天線設(shè)計(jì)中使用這種新型基板后,每個(gè)陣元天線的介質(zhì)基板參數(shù)都不相同,因此每個(gè)陣元天線的諧振頻點(diǎn)不同。當(dāng)不同陣元天線的諧振頻點(diǎn)較為接近時(shí),它們的輻射和工作頻帶會相互疊加,形成一個(gè)輻射強(qiáng)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。

          3 太赫茲波段三維漸變介電常數(shù)陣列天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

            設(shè)計(jì)中使用的天線基板為低損耗太赫茲波段透波三維漸變介電常數(shù)陶瓷基板,其結(jié)構(gòu)如圖2所示,其由7層8行8列共448個(gè)小陶瓷塊組成,圖2中的數(shù)字表示某塊小陶瓷塊的相對介電常數(shù),小陶瓷塊的相對介電常數(shù)沿著基板長、寬、高三維漸變;相對介電常數(shù)最小的小陶瓷塊位于基板最高層左上角,其相對介電常數(shù)為18;相對介電常數(shù)最大的小陶瓷塊位于基板最低層右下角,其相對介電常數(shù)為58;小陶瓷塊的相對介電常數(shù)按照從左到右、從上到下、從高到底的順序逐漸增加,相鄰兩個(gè)小陶瓷塊的相對介電常數(shù)的差值為2。天線基板的形狀為矩形,基板總體尺寸是160mm×160mm,厚度為70mm。

            太赫茲波段三維漸變介電常數(shù)陣列天線結(jié)構(gòu)如圖3所示,天線包括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(huán)嵌套陣列輻射貼片。天線接地板為全金屬接地結(jié)構(gòu),矩形環(huán)嵌套陣列輻射貼片使用矩形陣列結(jié)構(gòu)作為基本陣列排布結(jié)構(gòu),8行8列共64個(gè)矩形環(huán)嵌套小天線按照矩形陣列結(jié)構(gòu)排列組成天線陣列。單個(gè)矩形環(huán)嵌套小天線的工作帶寬雖然較大,但是輻射強(qiáng)度較弱,多個(gè)矩形環(huán)嵌套小天線按照矩形陣列結(jié)構(gòu)排列組成天線陣列,可以讓它們的輻射相疊加,進(jìn)一步增強(qiáng)天線的輻射強(qiáng)度。

            每個(gè)矩形環(huán)嵌套小天線的大小為20mm×20mm,它由四個(gè)矩形環(huán)嵌套構(gòu)成,每個(gè)矩形環(huán)的線寬為1mm,四個(gè)矩形環(huán)的大小分別為16mm×16mm、12mm×12mm、8mm×8mm、4mm×4mm。每個(gè)矩形環(huán)嵌套小天線的最大矩形環(huán)的底邊中心位置設(shè)有饋電點(diǎn)。

          4 太赫茲波段三維漸變介電常數(shù)陣列天線樣品的制作與測試

            根據(jù)上文所描述的設(shè)計(jì)方案,我們成功利用磁控濺射工藝制作出了太赫茲波段三維漸變介電常數(shù)陣列天線樣品。我們對天線樣品的工作性能進(jìn)行了測試,結(jié)果如圖4和圖5所示。

            由圖4可知,該款天線的工作中心頻率為1.032 THz,回波損耗最小值為-42.34dB,天線工作頻帶范圍為0.873~1.476THz,絕對工作帶寬為0.603THz,相對工作帶寬為51.34%。由圖5可知,天線方向圖的電面分為兩個(gè)部分,有效工作角度范圍超過300°;天線方向圖的磁面可在360°范圍內(nèi)全向工作,天線整體具有全向工作能力。實(shí)測結(jié)果顯示,現(xiàn)有太赫茲設(shè)備所提出的各項(xiàng)性能要求該款天線均可以滿足。

          5 結(jié)論

            本文針對不斷發(fā)展的太赫茲應(yīng)用技術(shù)對太赫茲波段天線提出的性能要求,使用太赫茲波段三維漸變介電常數(shù)陶瓷基板作為天線介質(zhì)基板,將矩形環(huán)嵌套陣元天線和矩形陣列結(jié)構(gòu)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了一款太赫茲波段三維漸變介電常數(shù)陣列天線。使用矩形環(huán)嵌套天線作為陣元天線,通過外圈矩形環(huán)的饋電輻射和內(nèi)圈矩形環(huán)的感應(yīng)輻射相疊加,可以保證天線有較大的工作帶寬。將矩形環(huán)嵌套天線按照矩形陣列結(jié)構(gòu)排列,可以使多個(gè)矩形環(huán)嵌套天線的輻射相疊加,增強(qiáng)天線對太赫茲電磁波的收發(fā)能力。使用三維漸變介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)基板,可以進(jìn)一步增強(qiáng)天線的輻射強(qiáng)度和工作帶寬,提高陣列天線的性能冗余。

            我們制作了天線樣品,并對其輻射特性和方向圖特性進(jìn)行了測試。該款天線尺寸僅為160mm×160mm,在尺寸壓縮方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢,可以放進(jìn)各種毫米量級的太赫茲設(shè)備里;該款天線工作帶寬高達(dá)0.603 THz,相對工作帶寬高達(dá)51.34%,是目前已知的工作帶寬最大的太赫茲波段天線,具有超強(qiáng)的頻段兼容性;該款天線回波損耗最小值低達(dá)-42.34dB,且在0.947~1.292THz頻帶內(nèi),天線的回波損耗都低于-20dB,天線性能冗余較為充裕,在太赫茲波技術(shù)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。

            參考文獻(xiàn):

            [1]童勁超.新型太赫茲探測物理及器件研究[D].上海:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所,2015.

            [2]柴路,牛躍,栗巖峰,等.差頻可調(diào)諧太赫茲技術(shù)的新進(jìn)展[J].物理學(xué)報(bào),2016,45(4):1-15.

            [3]趙國忠.太赫茲科學(xué)技術(shù)研究的新進(jìn)展[J].國外電子測量技術(shù),2014,33(2):1-6.

            [4]吳邵華,李林濤,孫興,等.太赫茲器件與技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].云光技術(shù),2016,48(1):5-8.

            [5]賴偉恩.太赫茲時(shí)域光譜與新穎太赫茲薄膜器件的研究[D].四川成都:電子科技大學(xué),2014.

            [6]李斌,陳立平.太赫茲技術(shù)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)污染檢測探索研究[J].紅外與激光工程,2016,45(4):61-67.

            [7]朱新建,何璇,王品,等.太赫茲成像技術(shù)應(yīng)用于燒傷檢測的研究發(fā)展[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志,2016,33(1):184-187.

            [8]王漢奇,劉鑫,鄧朝,等.一種可用于太赫茲掃描成像的天線[J].光學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(7):140-145.  [9]Xia Zuxue, Liu Falin, Chen Junxue, et al. Impact of dipole photoconductive antenna structure on the THz radiation characteristics [J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(8): 2430-2433.

            本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第12期第37頁,歡迎您寫論文時(shí)引用,并注明出處。



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