多层介质型太赫兹菲涅尔天线研究

基于菲涅尔波带片透镜的设计原理,设计了三款多层介质结构的菲涅尔波带片天线.该天线采用高增益的波纹喇叭天线提供馈电,工作频段为太赫兹通信第一大气窗口320～380GHz,回波损耗低于-15 dB,增益大于25 dBi.研究了菲涅尔波带片天线的周期数和子区数对天线性能的影响,结果表明随着周期和子区数的增加,增益也会不断的提高,而当波带片直径和喇叭口径面积相比拟时,电磁波损耗较大,并且谐振频率在太赫兹大气窗口内右移.     

宽带太赫兹偶极子光电导接收天线研究

太赫兹光电导天线广泛应用于宽带脉冲太赫兹波的检测,是太赫兹光谱和成像系统中的重要器件。偶极子光电导天线由于其结构简单、制作容易成为使用最广泛的一类太赫兹光电导接收天线。衡量太赫兹光电导探测天线的一个重要指标是其响应带宽。针对偶极子天线的探测带宽,分别对天线臂长为10、50、150 m的偶极子天线及一种作为对比的178 m的蝶形天线（Bowtie antenna）进行了实验及理论研究。结果显示其探测带宽随天线臂长增加而减小,与微波天线理论一致。进一步的,采用商用电磁场数值仿真软件进行建模仿真,仿真结果与理论及实验结果具有很好的一致性,证实数值仿真已在很大程度上模拟出实际天线的特性,从而为优化结构参数制作大宽带和高灵敏度的太赫兹天线提供支持。同时,对超半球硅衬底透镜对天线接收频谱的影响也进行了探讨。     

太赫兹超高斯波纹喇叭天线设计

设计了一种新型太赫兹(THz)超高斯波纹喇叭天线。它由正弦曲线部分和线性平行部分组成,可同时激励起HE11和HE12两种模式。该天线工作的中心频点为0.34 THz,带宽大于40 GHz。在本文设计中,高斯基模的能量耦合效率可提高到99.8%。同时具有-37 dB的旁瓣电平和-50 dB的交叉极化特性。仿真和实测结果也表明此天线的优良性能,可以看出仿真结果与实测结果非常吻合。     

用于太赫兹空间传输的透镜设计及验证

太赫兹激光作为大角度发散的高斯波束不能简化为平面波或球面波.经典电磁理论和ABCD法则传输理论建模显示: 正透镜实现太赫兹激光束的会聚, 会聚后其像距明显小于透镜的焦距;焦距和太赫兹激光光束波前半径相匹配的负透镜可以实现太赫兹激光束的准直.实验证实f′=-188, 的负透镜位于与太赫兹激光光束波前半径相匹配的位置时, 即z=100 mm, 太赫兹激光的发散角从6°提高到0.1°,20 m传输实验中, 负透镜准直探测方案比正透镜准直探测方案更加简单有效.     

基于超光栅的3D打印全介质太赫兹超透镜

超透镜是基于超表面和超光栅的器件,可实现对入射光振幅、相位、偏振等的灵活调控,具有轻薄、易集成的特点。但超透镜的制作周期时间长、成本高,寻找一种易加工、低成本、高效的方法制造超透镜是非常有必要的。本文设计了一种高效波前控制电磁波的太赫兹(Terahertz, THz)全介质超光栅,当电磁波垂直入射时,超光栅将电磁波束弯曲至T_-1衍射级。通过仿真模拟可知,当P偏振光入射时,可将83.44%的透射能量集中在T_-1衍射级,S偏振光入射时可达到82.73%。基于设计的超光栅,当0.14 THz电磁波入射时,设计了数值孔径为0.39的超透镜,利用3D打印技术加工工艺制备,并搭建扫描测量系统验证该设计。测量结果表明,超透镜焦距为114.5 mm,与仿真设计相一致,同时测得了光斑的大小,最后搭建的THz透射成像系统表征了超透镜的成像能力。这项工作在光学传感、通信和超分辨率成像中具有潜在的应用价值。     

太赫兹平面天线的设计

天线与太赫兹检测器的匹配网络是集成天线与太赫兹检测器的核心。针对低阻抗太赫兹检测器,在650 GHz设计了输入阻抗为7 Ω的平面U型天线和接有λg/4匹配器的蝶形天线,以及输入阻抗为50 Ω的平面对数天线和平面对数正弦天线。检测器的直流偏置电路会使天线上的高频能量通过该偏置回路漏出,故在偏置线上应用带隙结构形成低通滤波器。仿真了该滤波器的相关参数及接入位置,使得高频下天线不受超导检测器偏置回路的影响。     

基于波导缝隙阵列的新型太赫兹频率扫描天线

为缩短太赫兹系统成像时间,该文提出将频率扫描天线应用于太赫兹成像系统中,并设计了一种基于波导缝隙阵列的太赫兹频率扫描天线。该文采用泰勒综合法降低副瓣电平,通过软件仿真结合功率传输法设计最优的缝隙分布。太赫兹波导缝隙阵列天线具有加工简单、成本低的优势,通过太赫兹准光测试系统对天线性能进行测试,实测天线扫描角度可达40°,增益约为15 dB,副瓣电平抑制优于–20 dB。测试结果表明太赫兹波导缝隙天线具有扫描角度大和副瓣低的优良特性,在太赫兹成像和目标探测等领域有巨大的应用价值。      

太赫兹3D打印透镜综述

太赫兹波由于其独特的电磁特性可应用于超高速率无线通信、生物化学物质检测以及高分辨率成像等领域。但由于太赫兹波的物理波长小,传统适用于低频的加工工艺难以满足其加工精度的要求;而微纳米加工工艺又具有加工复杂、成本高等缺点。3D打印技术的发展为太赫兹器件的加工提供了新的选择和更多的设计灵活度。文章介绍了香港城市大学太赫兹与毫米波国家重点实验室在3D打印太赫兹透镜方面的最新研究动态和实验研究新成果,包括基于3D打印的太赫兹高增益圆极化透镜、近场聚焦圆极化透镜、贝塞尔波束生成透镜的设计,高精度3D打印方法的探索以及太赫兹天线测试方法等。太赫兹3D打印透镜天线具有低成本、低损耗、能快速成型等特点,可应用于不同的太赫兹场景中。     

太赫兹波段电磁超介质的应用及研究进展

太赫兹波和电磁超介质是电磁学领域关注的热点.太赫兹波与电磁超介质相互作用可以实现对太赫兹波的操纵和调控,有望填补"太赫兹空白".介绍了太赫兹波段电磁超介质的研究进展,包括电磁超介质电磁性能可调谐的实施途径,电磁超介质在太赫兹功能器件方面的应用(调制器/开关、传感器/探测器、滤波器、偏振元件和吸波器),太赫兹波段表面等离...     

光电导太赫兹天线效率参数的讨论

光电导天线是产生太赫兹波最常用的器件之一,但是目前它面临的主要问题是天线效率很低,难以获得高功率的太赫兹波.为了提高其输出功率和效率,介绍了计算光电导天线效率的公式,讨论了影响光电导天线光-太赫兹转换效率的参数:与激光源相关的参数如激光强度、脉冲宽度、激励光斑尺寸及位置;与光电导天线相关的参数如偏压电场、天线材料和几何结构、天线暗电阻率、基底材料等.这对光电导太赫兹天线的分析与设计也是大有裨益的.     

Integrated lens with dielectric horn antenna

A dielectric lens is integrated into a dielectric loaded horn antenna to produce a high efficiency feed for reflectors. The lens is designed using simple ray theory and analysed using modal matching techniques. Aperture efficiencies of up to 78% are achieved while retaining good crosspolar performance.<>     

Millimeter-wave proximity-coupled microstrip antenna on an extendedhemispherical dielectric lens

A low-cost, high-gain, millimeter-wave antenna is presented. The antenna is composed of a proximity-coupled microstrip patch mounted on the back surface of a substrate lens. The antenna utilizes low dielectric constant, low-cost materials and is therefore suitable to many commercial millimeter-wave systems. A full-wave analysis was developed to analyze the performance of the printed antenna and a prototype was developed for operation at 38 GHz. The impedance bandwidth of the prototype was 8% and the gain was approximately 30 dBi across this frequency span with a front-to-back ratio greater than 60 dB     

A dielectric bifocal lens for multibeam antenna applications

An iteration technique is applied to the design of a bifocal dielectric lens antenna. A bifocal lens has two conjugate off-axis focal points and offers good off-axis scanning performance. A computer model was developed to aid in the design analysis and far-field performance evaluation of a bifocal lens. The computer simulation results demonstrate that the bifocal dielectric lens can provide a higher-gain radiation pattern for multibeam antenna (MBA) applications over a large field-of-view. The computer study also indicates that the quadratic phase error can be significantly reduced by constraining the feed along an optimized focal arc     

基于液晶的太赫兹反射式波束扫描天线

提出了一种基于液晶的太赫兹电控反射式移相器及其构成的波束扫描阵列天线.通过采用液晶调控的开槽结构移相器,解决了液晶调控过程中谐振层覆盖面不足造成的液晶取向不均、边缘效应和饱和电压增大等问题.设计了工作在380 GHz三开槽的移相器,对谐振频点的表面电流分布和谐振频点进行了仿真分析.数值计算结果表明当液晶相对介电常数在2...     

Analysis of an EHF aplanatic zoned dielectric lens antenna

Zoned dielectric lenses, designed for wide-angle scanning characteristics, are serious contenders to reflector systems for multiple-beam communications and radar applications at EHF frequencies. An analysis is presented in which the zoned lens is approximated by an ideally thin spherical shell (phase transformer) in evaluating the phase aberrations in its aperture plane which are caused by off-axis scanning and deviations from the design frequency. Those results are used to produce a set of universal curves which predict the decrease in directive gain of the lens as a function of scan angle and frequency. Gain and radiation pattern measurements on a90 lambdazoned dielectric lens show agreement with these predictions and with ray-tracing and geometric optics calculations. This study establishes the validity of the spherical shell analysis as a means for rapid estimation of lens parameters for specific system requirements.     

介质平板透镜提高天线增益的原理研究

采用了基于光学理论和电磁理论相结合的分析方法,对介质平板透镜提高天线增益的原理进行了分析,结果表明该方法比传统方法能够更有效地提高天线的增益. 并以双层微带贴片天线加载介质平板透镜为例,进行了参数分析与优化. 理论分析和电磁仿真均表明,合理选择介质平板透镜的参数可以有效地提高微带天线单元的增益、减小天线阵列的规模,从而验证原理了的有效性.     

基于脉冲宽度调制技术的激光引信抗干扰方法

针对激光引信易受云烟雾干扰的问题,提出了一种基于脉冲宽度调制技术的激光引信抗干扰方法。计算了不同脉冲宽度条件下的云烟雾后向散射回波功率,并给出了云烟雾后向散射回波功率随发射脉冲宽度的变化规律。分析了不同云烟雾条件下使用不同发射脉冲宽度探测时所得到的回波功率比。实验结果表明,在使用不同脉冲宽度激光探测条件下,云烟雾激光后向散射功率比大于3,使用该方法可有效提升激光引信抗干扰性能。     

基于石墨烯的波束可重构太赫兹天线

设计了一种工作在太赫兹(THz)频率下的微带八木(QYU)天线.该天线由金属微带传输线、金属反射器、金属半圆形辐射贴片和三组单分子层-石墨烯-贴片导向器组成.由于石墨烯的电导率可电调谐特性,可以通过调整施加在石墨烯导向器上的偏置电压来动态调控天线的辐射方向.通过对天线的基本性能和可调特性系统地模拟和优化,数值结果表明,通过改变加在石墨烯导向器的偏压,天线的主辐射波瓣角φ(方位角)可以在30°-150°的范围内进行扫描,并且具有非常快的调制速度和非常低的回波损耗.该天线非常适合于相控阵雷达等THz波束可重构应用。     

Reflectarray element based on strip-loaded dielectric resonator antenna

A new low-loss reflectarray element based on a dielectric resonator antenna (DRA) loaded with a metallic strip etched on the top of the DRA is presented. The strip behaves as a parasitic element, and by adjusting its length, the desired reflected phase is achieved. A set of DRA samples were fabricated and measured in C-band. A low loss (less than 0.9 dB) is demonstrated when the phase is varied. It is also shown that the loss is much higher (up to 5 dB) when the strip is directly printed on a dielectric substrate with the same characteristics.     

一种基于超表面的低剖面宽带透镜天线

提出一种新型的基于超表面的低剖面宽带高增益透镜天线,该透镜采用宽带的电偶极子天线作为馈源,设计中心频率工作在10 GHz.针对超表面透镜在不同位置的折射率的需求,同时提出了一种新型的非谐振超材料单元,该单元由三层介质板组成,中间一层是印有十字形带状线的双层印刷板.通过改变上下两层介质的介电常数,可以达到不同的折射率变化范围,从而实现透镜的中间层和阻抗匹配层对折射率的需求.所提出的透镜天线设计方法可以获得21 dBi的最高增益以及58%的-10 dB阻抗带宽.更重要的是所提出的具有高折射率的超材料单元可以实现只有0.32λ₀的透镜厚度,大大减小了透镜的剖面.最后进行了加工实验,对所提出的方法和仿真结果进行了验证,实验结果表明,透镜天线的实测带宽、方向图和增益都与仿真理论结果有较好的吻合度.