太赫兹3D打印透镜综述

发布时间：2021-08-12 01:06

　　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。 

【文章来源】：微波学报. 2020,36(01)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

各向异性介质块结构示意图[6]

为了降低透镜的介质损耗,在太赫兹频段采用离散介质透镜的形式[4]。图1中插图显示了基于高度变化的单元结构形式,其可分为两部分:上层的空腔介质块充当阻抗匹配层是为了减小空气与介质的反射;下层是高度可变的介质柱。透镜的每个单元上层阻抗匹配层具有相同的尺寸,而下层介质柱子的高度取决于每个单元位置需要补偿的相位差。单元的大小为0.5 mm (对应于0.3 THz时的半波长)。单元尺寸越小,透镜的量化相位误差越小,但对加工精度要求也越高。采用介电常数2.66,损耗角正切0.03的3D打印介质材料仿真得到的S21随介质柱高度变化的曲线如图1所示。可以看到当介质柱高度从0.2 mm变化到1.8 mm时其透射相位范围超过360°,透射幅度优于-2.6 dB。因此,对于每个透镜单元可以通过调节其下端的介质柱高度改变其单元的透过相位,从而实现希望的口径相位分布。由于图1的单元是各向同性,因此透射波的极化取决于入射波的极化状态。采用线极化入射时,为了得到圆极化出射波可以采用各向异性的介质,其结构如图2所示。其对x轴和y轴具有不同的等效介电常数,因此通过合理设计介质块的厚度和宽度可以使得出射x, y轴极化波的相位相差90°[5-6]。因此当入射电磁波极化沿着对角线方向入射时,可以分解为两个等幅同相的沿着x, y轴的线极化,经过该各向异性介质块后可实现圆极化。值得一提的是,可以将图1的相位改变单元和图2的圆极化介质结合起来,结果如图3所示,从而实现对电磁波相位和极化的同时调控。这种结合单元的形式能采用3D打印技术一次性成型,从而消除了传统的采用独立透镜和圆极化器带来的组装和对准偏差,这对工作于太赫兹频段的器件具有重要意义。

圆极化单元和仿真的透射相位曲线[8]


本文编号：3337263