基于超材料反射阵列的太赫兹频扫天线研究

发布时间：2021-03-26 22:46

　　基于频扫天线可实现太赫兹高分辨和高帧频成像的优势,其在目标探测、安检以及无损检测等领域有着重要的应用价值。本文围绕着太赫兹频扫技术开展了线极化、圆极化频扫天线以及频率编码超表面技术的理论和模拟研究工作,重点研究了单元结构的电磁特性和阵列的特性。本文的具体工作内容如下:首先对一种太赫兹频段的超表面阵列的线极化频扫性能进行了模拟仿真研究。通过研究和优化得到超表面贴片单元结构在0.5-1.5THz频段的电磁特性,并构建了16×16单元的超表面阵列结构,理论预计阵列结构在1-1.35THz频段范围内的波束扫描范围为33.78-48.59°。仿真模拟结果表明,对于x极化或者y极化的垂直入射到各向同性结构的超表面阵列结构后,其在各个频点上的反射角度是一样的,波束扫描范围为34-48°,反射系数均在0.6以上,具有良好的反射效率,模拟仿真结果与理论计算结果基本一致。其次对超宽带的太赫兹超表面圆极化频扫天线进行模拟研究。通过反射系数和宽频带两个因素确定旋转型单元的固定尺寸,获得相位与旋转角度的关系以及阵列相位补偿因子,构建了24×24的阵列周期。仿真模拟结果表明垂直入射的右旋圆极化波在1-2.1THz... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

(a)天线在206GHz的能量辐射图；(b)天线在218GHz的能量辐射图[23]

第一章绪论3和基于LTCC技术的慢波线结构。在毫米波波段，人们采用较低剖面或者微带形式的介质波导结构来实现频率扫描的功能。近年来，随着超材料和反射阵的发展，基于超材料反射阵的频扫天线也被提出，其主要利用周期结构单元和广义斯奈尔定律实现了波束随频率变化的扫描功能。这种天线具有低成本、阵列结构简单、尺寸孝易于制造、速度快等优点，适合于亚毫米波和太赫兹波这样高频段范围。1.3太赫兹频扫天线研究现状与发展态势在太赫兹频带，扫描天线主要有基于波导结构的漏波天线、低剖面的扫描pillbox、基于波导阵列的扫描天线、光栅反射式的频率扫描天线和基于超表面的频率扫描天线。以下是太赫兹频扫天线近二十多年的发展。一种采用介质波导结构的漏波天线在206-218GHz频段范围内实现了波束扫描[23]，其扫描角度为20°，波束效率为50%，如图1-1所示。(a)(b)图1-1(a)天线在206GHz的能量辐射图；(b)天线在218GHz的能量辐射图[23]图1-2基于矩形波导阵列的频率扫描天线内在结构示意图[24]2012年，一种基于矩形波导阵列的频率扫描天线在0.2THz实现了一维波束电扫描[24]，其内在结构如图1-2所示。同年，一种微小制造的频率扫描波导阵列在

电子科技大学硕士学位论文40.13-0.18THz的频带范围内实现了波束扫描[25]，其结构示意图如下图1-3(a)所示，并且在32.25%的工作带宽内的波束扫描角为32.5°，如下图1-3(b)所示，电压驻波比均小于1.75:1。(a)(b)图1-3(a)结构示意图；(b)阵列的归一化辐射方向图[25]2013年，一种8×1个单元的频率扫描天线阵列在太赫兹频段实现波束扫描并且已经应用于太赫兹成像系统[26]，其实验测试数据表明在0.27-0.33THz频段可实现40°的扫描，加工实物图如图1-4(a)所示，天线的辐射方向图如图1-4(b)所示。(a)(b)图1-4(a)加工实物图；(b)天线阵列的辐射方向图[26]2014年，文献[27]提出了一种光栅反射式频率扫描天线，其天线系统和光栅结


本文编号：3102367