CN106654590B - 一种实现短基线测量的太赫兹天线 - Google Patents

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    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
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Abstract

本发明公开了一种实现短基线测量的太赫兹天线，所述天线为喇叭天线(2)，所述喇叭天线(2)由上半腔体(5)、下半腔体(6)和中间腔体(7)合体而成，共同构成一个长方体腔体；所述上半腔体(5)和下半腔体(6)的沟道是对称的，所述上半腔体(5)包括喇叭口面(8)的上半部分、横向拐弯波导(9)的上半部分和输出波导(10)的上半部分；所述下半腔体(6)包括喇叭口面(8)的下半部分、横向拐弯波导(9)的下半部分和输出波导(10)的下半部分；所述中间腔体(7)包括纵向拐弯波导(11)。本发明的太赫兹天线具有结构简单、性能可靠，能够实现短基线测量的特性。

Description

一种实现短基线测量的太赫兹天线
技术领域
本发明涉及太赫兹器件领域，特别涉及一种实现短基线测量的太赫兹天线。
背景技术
超外差接收机拥有非常高的灵敏度和频谱精度，可以用于从0.1THz一直到2.5THz的太赫兹探测。混频器位于接收机的前端，在本振信号的驱动下，将高频信号转换为容易处理的中频信号，主要形式有超导-绝缘-超导混频器、热电子辐射混频器、肖特基二极管混频器。与前两种混频器相比，肖特基二极管混频器可以在室温下工作，结构更加紧凑、性能更加可靠，因此成为星载毫米波辐射计的首选。
太赫兹混频器设计的核心问题是如何实现射频信号、本振信号、中频信号对肖特基二极管的匹配。其中射频信号、本振信号的频率较高，对应的传输线都是波导结构。二极管焊接在石英基片上，对应的传输线是悬置微带结构。于是，射频、本振信号在到达二极管之前都会通过一个波导到悬置微带的转换。这个转换部件是通过放置在中间沟道的石英基片和波导沟道垂直相交实现的，其中波导的短路面的位置影响高频信号到二极管的匹配。
多单元干涉系统由多个相同的接收机单元组成，每个接收机单元由天线、混频器、本振链路级联组成。目标在自由空间中发射电磁波，该信号由天线接收，进入到波导结构成为射频信号。射频信号由混频器接收并处理，降频成为中频信号。中频信号由同轴接头输出到同轴电缆，由于该信号的采集和处理组件远离前端，它们不会影响前端的布局。单元天线之间的距离定义为基线，当前端的尺寸较小或采取优化设计时，基线才可能较短。
同一目标发射信号时，不同单元天线由于位置不同，接收信号会有相位差异。干涉系统就是利用相位差异，获得高分辨率波束和大范围波束扫描的等效性能。干涉系统的基线越短，对应着天线波束扫描的角度范围越大，也就是视场角度越大。太赫兹干涉系统中，基线受限于接收机前端的尺寸。虽然接收机前端的尺寸较小，但是电长度却很大。基线是用电长度来衡量的，所以当前干涉系统的基线较长，并造成了系统的视场角度偏小。比如在频率0.6THz时，波长是0.5mm，腔体被做成边长2cm的方体模块。此时，干涉系统的最短基线是2cm并且对应波长是40个波长，造成了视场角度只有1度。
接收机前端的尺寸难以做到更小，因为天线、混频器、本振链路之间是通过法兰盘连接的。法兰盘的直径是19.05mm，阻碍了天线的进一步靠近。目前的太赫兹天线无法使太赫兹混频器实现短基线测量，而实现短基线测量对多单元干涉系统的指标提升十分明显。
发明内容
本发明的目的在于克服现有太赫兹天线中存在的上述缺陷，考虑将喇叭天线做成薄片腔体，腔体划分成三块，射频波导在沿着腔体的安装切面上拐弯，喇叭口面位于腔体侧面；从而提供一种结构简单、性能可靠，实现短基线测量的太赫兹天线。
为了实现上述目的，本发明提供一种实现短基线测量的太赫兹天线，所述天线为喇叭天线2，所述喇叭天线2由上半腔体5、下半腔体6和中间腔体7合体而成，共同构成一个长方体腔体；所述上半腔体5和下半腔体6的沟道是对称的，所述上半腔体5包括喇叭口面8的上半部分、横向拐弯波导9的上半部分和输出波导10的上半部分；所述下半腔体6包括喇叭口面8的下半部分、横向拐弯波导9的下半部分和输出波导10的下半部分；所述中间腔体7包括纵向拐弯波导11。
上述技术方案中，所述横向拐弯波导9与喇叭口面8、输出波导10相连，横向拐弯波导9的弯曲平面位于上半腔体5和下半腔体6接触的切面上。
上述技术方案中，所述纵向波导11与输出波导10相连，纵向波导11的弯曲平面位于中间腔体7和上半腔体5接触的切面上。
上述技术方案中，所述喇叭口面8位于上半腔体5的两个侧面相交的边缘，从而让喇叭口面8的中心靠近上半腔体5的棱角。
上述技术方案中，所述喇叭口面8是边长2mm的方形；所述横向拐弯波导9和输出波导10的夹角是90度，两者之间通过半径为2.8mm的圆角连接；所述输出波导10和横向拐弯波导11的夹角是90度，两者之间通过半径为2.8mm的圆角连接。
本发明的优点在于：本发明的实现短基线测量的太赫兹天线，喇叭天线做成薄片腔体，无需改动接收机前端中的其它器件；将腔体划分成三块，射频波导在沿着腔体的安装切面上拐弯，喇叭口面位于腔体侧面，使得两单元的天线能够充分靠近。
附图说明
图1为本发明的天线的结构示意图；
图2是本发明的天线的上半腔体、下半腔体、中间腔体的侧视图；
图3是本发明的天线的上半腔体或下半腔体的正视图。
附图标识：
2、喇叭天线 5、上半腔体 6、下半腔体
7、中间腔体 8、喇叭口面 9、横向拐弯波导
10、输出波导 11、纵向拐弯波导
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，一种实现短基线测量的太赫兹天线，所述天线为喇叭天线2，所述喇叭天线2由上半腔体5、下半腔体6和中间腔体7合体而成，共同构成一个长方体腔体；所述上半腔体5和下半腔体6的沟道是对称的，所述上半腔体5包括喇叭口面8的上半部分、横向拐弯波导9的上半部分和输出波导10的上半部分；所述下半腔体6包括喇叭口面8的下半部分、横向拐弯波导9的下半部分和输出波导10的下半部分；所述中间腔体7包括纵向拐弯波导11，如图2所示。
优选地，所述喇叭天线2由三块腔体交错叠加而成，先对接上半腔体5和下半腔体6，再对接中间腔体7。
如图3所示，所述横向拐弯波导9与喇叭口面8、输出波导10相连，横向拐弯波导9的弯曲平面位于上半腔体5和下半腔体6接触的切面上。
所述纵向波导11与输出波导10相连，纵向波导11的弯曲平面位于中间腔体7和上半腔体5接触的切面上。
所述喇叭口面8位于上半腔体5的两个侧面相交的边缘，从而让喇叭口面8的中心尽可能接近上半腔体5的棱角。
在本实施例中，喇叭口面8是边长2mm的方形；输出波导10和横向拐弯波导9的夹角是90度，两者之间通过半径为2.8mm的圆角连接；输出波导10和横向拐弯波导11的夹角是90度，两者之间通过半径为2.8mm的圆角连接。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种实现短基线测量的太赫兹天线，所述天线为喇叭天线(2)，所述喇叭天线(2)由上半腔体(5)、下半腔体(6)和中间腔体(7)合体而成，共同构成一个长方体腔体；其特征在于，所述上半腔体(5)和下半腔体(6)的沟道是对称的，所述上半腔体(5)包括喇叭口面(8)的上半部分、横向拐弯波导(9)的上半部分和输出波导(10)的上半部分；所述下半腔体(6)包括喇叭口面(8)的下半部分、横向拐弯波导(9)的下半部分和输出波导(10)的下半部分；所述中间腔体(7)包括纵向拐弯波导(11)；
所述喇叭口面(8)位于上半腔体(5)的两个侧面相交的边缘，从而让喇叭口面(8)的中心靠近上半腔体(5)的棱角；
所述横向拐弯波导(9)与喇叭口面(8)、输出波导(10)相连，所述横向拐弯波导(9)的弯曲平面位于上半腔体(5)和下半腔体(6)接触的切面上；
所述纵向拐弯波导(11)与输出波导(10)相连，所述纵向拐弯波导(11)的弯曲平面位于中间腔体(7)和上半腔体(5)接触的切面上。
2.根据权利要求1所述的实现短基线测量的太赫兹天线，其特征在于，所述喇叭口面(8)是边长2mm的方形；所述横向拐弯波导(9)和输出波导(10)的夹角是90度，两者之间通过半径为2.8mm的圆角连接；所述输出波导(10)和纵向拐弯波导(11)的夹角是90度，两者之间通过半径为2.8mm的圆角连接。
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