太赫兹喇叭天线研究

发布时间：2020-04-18 00:23

【摘要】：太赫兹(Terahertz,THz)技术在安全检查、国防安全、无线通信、生物医学、天文观测等科学领域都表现出独特的优势。太赫兹无线通信系统是太赫兹技术的一项重要应用,而天线是无线通信系统中必不可少的重要器件,因此,太赫兹天线具有重要的研究价值和意义。为了设计满足无线通信系统要求的太赫兹喇叭天线,本文设计了三款波纹喇叭天线分别为L型波纹喇叭天线、双向波纹喇叭天线和台阶波纹喇叭天线。首先,根据小张角波纹喇叭天线与波纹波导具有相似场分布的特点,通过分析波纹波导中的场分布、特征方程,研究波纹喇叭天线内部的场分布及特征方程,分析波纹喇叭天线远场与近场的电场分布及该天线的设计原理;其次,分析L型波纹喇叭天线的结构和辐射性能,并讨论了模式变换段波纹数目、每个波长内波纹周期数目、槽宽与齿宽的比值对天线辐射特性的影响,优化出辐射性能最佳的天线,仿真结果表明该天线在工作频带内增益高于20.7dBi,3dB主瓣宽度小于15.6~o;然后设计了双向波纹喇叭天线,仿真分析了该天线的辐射特性并对模式变换段波纹数目、每个波长内波纹周期数目、槽宽与齿宽的比值三个影响天线辐射特性的因素进行了讨论,仿真结果显示该天线在工作频率范围内增益高于21.1dBi,3dB主瓣宽度小于14.8~o;接着对台阶波纹喇叭天线进行仿真分析,讨论台阶波纹宽度、高度两个因素对远场辐射性能的影响,仿真结果表明该天线在工作频段内增益高于20.1dBi,3dB主瓣宽度小于16.6~o;在达到太赫兹无线通信系统对天线要求的情况下,台阶波纹喇叭天线同前两款天线相比具有体积小、结构简单、易加工等优点,最后对其进行加工和测试,对仿真结果和测试结果进行对比,并分析产生误差的原因。综上所述,本文设计的太赫兹波纹喇叭天线具有良好的辐射性能,满足无线通信系统对太赫兹天线辐射性能的要求。
【图文】：

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图 1.2 300GHz 传输系统模块图[32]无线通信技术面临着两项巨大的挑战：（1）太赫兹，缺乏成熟高效的太赫兹源；（2）太赫兹频段的信蒸气对信号有强吸收作用，导致信号衰减严重，，图]，因此，太赫兹无线通信系统不适合运用于远程通0GHz号源8GHz号源放大器与2 个三倍频器放大器与2 个三倍频器×9147.42GHz1036 ±4MHz295.2 ±1广播测试信号LNALCD接收器TV分析仪

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由于通信技术的快速发展，人们对通信系统的要求越来越高，天线是通信系统中作为发射与接收电磁波必不可少的无线设备。喇叭天线既可以作为独立天线，也可作为反射面天线[34-35]和透镜天线[36-37]的馈源，因此，喇叭天线非常适用于无线通信系统。在喇叭天线光滑的内壁上开槽形成的波纹喇叭天线[38-39]具有轴对称的辐射方向图并且工作频带较宽、旁瓣增益较低、交叉极化分量小，可应用于太赫兹无线通信系统。2013 年，Liu Yong 等人设计了一款基于 MEMS 技术的双层 90o太赫兹波纹喇叭天线[40]，其天线结构如图 1.4 所示。该天线采用 MEMS 干法刻蚀技术在硅片上刻槽，并在硅片上采用金属溅射技术镀金，然后两个硅片之间采用金金键合技术，其波导采用国际标准 WR 2.2 矩形波导，在工作频率 400 ~ 500GHz 范围内，增益变化范围为 13.9 ~ 16.1dBi，S11均小于 10dB，并且表现出良好的对称性辐射模式。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN823;O441.4

【参考文献】