高火涛 太赫兹天线.pdfVIP

1、太赫兹所处频段 • 太赫兹处于在光波与电磁波之间 • 频率范围： 0.1THz 到 10THz • 波长范围： 0.03mm 到 3mm 。 2、太赫兹应用 • 雷达探测 • 生物医疗 • 安检 • 反恐 • 通信等 3、太赫兹瓶颈问题 • 关于 THz 研究，早在 19 世纪就有记载，但研 究进展相当缓慢，一直面临两大瓶颈问题： • 1 ）没 效的太赫兹波源 • 2 ）没有高灵敏度的太赫兹探测器 • 近些年来，光电子技术的发展为 THz 应 用提供了THz 波源 • 半导体技术使得高灵敏度的探测器成为现 实 • 解决了 THz 系统发展路上的两大难题。 4 、太赫兹天线面临的问题 • 跟其它无线电探测技术一样，THz 探测无法绕开与之相匹配的天 线技术。 • 由于太赫兹频段高，相对波长很小，电磁波损耗非常大，所以对 材料和天线结构以及加工工艺都是有着特殊的要求，而且由于目 前 THz 系统中前端的检测技术并不十分先进，所以对天线的增 益和方向性有很高的要求。 • 尤其是厚介质的平面天线中存在着非常严重的表面波效应，使得 一些最常用的天线无法直接应用于 THz 探测系统中。 • 太赫兹天线装配也是一个难题。 5、太赫兹天线研究现状 • 目前，太赫兹天线研究比较出色的单位有： • 德国布仑瑞克工业大学。 • 日 NTT 公司 • 澳大利亚的 CSIRO ICT 中心 • 电子科技大学、中科院微系统所等高校 6、太赫兹天线设计思路 • 从 THz 天线的发展历程来看，其设计思路包括 三方面： • （1 ）将传统天线按照频率比缩比； • （2 ）设法消除平面天线的介质层表面波； • （3）开发新材料天线，以达到太赫兹系统的要 求。 • （4 ）设计新的太赫兹天线形式 7、典型太赫兹天 • a）方锥体喇叭天线的模型 此天线优点： • （1 ）方向性强： 增益大： 达15dBi 前后比大：达 20dB 左右 • 如果加上波纹等工艺的处理，喇叭天线的增益也可以做 到 30dBi 以上。 • （2 ）馈电方便：喇叭天线的馈电可以直接用波导接入， 十分方便 • 存在两个问题： • （1 ）与平面电路的转接比较复杂， • （2 ）不便于组成天线阵列。 b）平面天线（类似于微带天线） • 平面天线是由天线辐射体和平面电介质基片组成的。 • 在 THz 频段，平面天线工作时存在一种致命的缺陷： • 单元天线因介质过厚（与波长相比）而导致能量被限制 在介质中无法辐射出去，从而损失大量的能量，不能辐 射出去 • 可以看到，天线将大部分能量辐射向了介质的一 侧，如果可以想办法利用这一特性，使射向介质 的能量作为辐射能量，将大大提高天线的增益。 • 于是有人提出了用介质透镜来代替厚介质层：将 介质透镜紧贴平面天线制作 • 介质透镜可以做成半球形、过半球形、椭球形和 扩展半球形等。 c）透镜天 此天线优点： • （1 ）具有很好的方向性 • （2 ）结构简单，结实牢靠，容易集成。 • 虽然透镜天线中仍存在一些介质损耗，总的来说， 这种类型的天线比较符合目前 THz 天线的需求。 d ）平面薄膜天 • 由于薄膜的厚度远小于自由空间波长，由此可将天线 的介质层全部移除，天线集成在直接介质薄膜上，由 此可以向自由空间有效地辐射功率，介质损耗也得到 了有效的限制。此天线增益不大（约2dBi ），但是具有全向 性好。 e ）电磁带隙平面天 • 解决平面天线介质模式的另一种方法：采用光子 晶体人工合成材料，作为替代介质基片 光子晶体为什么课题代介质基片？ • 光子晶体材料