太赫兹波束扫描天线和平面滤波器的研究

发布时间：2020-06-18 23:10

【摘要】：太赫兹科学与技术作为当今交叉学科的前沿研究领域,受到了人们的广泛关注,其发展具有十分重要的科学研究意义和潜在应用价值。作为太赫兹科学技术的重要研究方向之一,太赫兹天线在众多的太赫兹无线系统中,有着极其重要的应用,其性能的优劣对系统整体性能产生影响。如在太赫兹无线通信、雷达、成像等系统中,高增益且波束能扫描的天线可以显著提升系统的整体性能,因此,设计高增益太赫兹波束扫描天线具有重要的研究意义。作为太赫兹系统中频率选择器件,滤波器可以滤除不需要的信号和噪声,从而改善系统信噪比。基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide,SIW)作为一种具有低损耗、高Q值、高功率容量以及易于与平面电路集成等优点的导波结构,非常适合太赫兹平面易集成的高性能滤波器的设计。因此,本文将对高增益太赫兹波束扫描天线和平面易集成SIW太赫兹滤波器展开研究工作,具体如下:首先,论文对太赫兹科学技术做了简单综述,回顾了当前太赫兹天线和滤波器的研究背景和现状,简要介绍了波束扫描天线的类型。其次,利用双抛物柱反射面结构形式和机械扫描原理,设计了一款工作在WR-2.2频段(325-500 GHz)的太赫兹高增益波束扫描天线。文中详细介绍了该天线的工作原理以及设计过程,并且利用低成本的金属铣削工艺对设计的天线进行了加工,随后在太赫兹暗室对加工的天线的S参数、方向图、增益进行了测试。测试结果表明该天线在整个WR-2.2频段内的反射系数优于15 dB;天线的波束能够实现在-60°到+55°范围内扫描,且天线的实测增益均在33.17 dBi以上,最大增益达到了 38.05 dBi。总体而言,天线实测结果和仿真吻合较好。实验结果表明采用低成本金属铣削工艺设计的高增益太赫兹波束扫描天线的方案是可行的。最后,对基片集成波导技术进行了介绍,在此基础上利用SIW技术设计了两款不同拓扑结构的中心频率在400 GHz的SIW滤波器;对这两款滤波器关键的结构参数和材料属性参数进行容差分析;并借助电磁仿真软件HFSS对讨论了表面粗糙度对滤波器性能的影响。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820;TN713
【图文】：

太赫兹（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ，ＴＨｚ）指的是频率范围在Ｏ．ＭＯＴＨｚ邋（１ＴＨｚ＝１０１２Ｈｚ）内的电磁逡逑波？６］，相应的波长为３邋ｍｍ－３０ｕｍ，其在电磁波频谱中处于宏观电子学到微观光子学的逡逑过渡区，如图１－１所示。逡逑频率邋１０９逦１０１０逦１０ｎ逦１０１２逦１０１３逦１０１４逦１０１５逦１０１６逦／（Ｈｚ）逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦１逦？逡逑无线电波微波、毫米波逦太赫兹波逦红外线可．！＊｜紫外线逦ｘ射线逡逑逦ｎ逦１逦１逦１逦邋邋Ｉ逦１逦Ｍ逦１逦邋』逡逑波长邋３０ｃｍ邋３ｃｍ邋３ｍｍ邋３００＾ｍ邋３０ｆｘｒａ邋３＾ｉｒａ邋３００ｎｍ邋３０ｎｍ邋Ｘ逡逑Ｍ邋ｉ逦丨丨丨■丨丨丨—？逦ＴＨｚ邋Ｇａｐ逦＜逦丨■■逦■■■逦■■■－逡逑电子学逦太赫兹间隙逦光子学逡逑图１－１邋ＴＨｚ波在电磁波谱中的位置逡逑早期，由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测装置以及加工工艺的限制，导致长期以逡逑来人们对太赫兹频谱的开发和利用的进展比较缓慢，因此，相对于发展比较成熟的微波逡逑毫米波技术和光波技术，太赫兹波频段则形成了一个相对滞后的“太赫兹间隙（ＴＨｚ逡逑ｇａｐ）”。为了满足科技的快速发展的需求，科研人员逐渐将目光聚焦到频谱资源丰富且逡逑尚未完全开发的太赫兹频段。大量的科研工作者在太赫兹

本文编号：2719964