CN108054506A - 一种太赫兹贴片天线 - Google Patents

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黄波
赵欣悦
宋哲
刘玉宝
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Abstract

本发明公开了一种太赫兹贴片天线。所述天线包括：接地板、介质基板、矩形辐射贴片、第一缝隙、第二缝隙、馈电端口和馈电探针；接地板上方设置介质基板，介质基板上方设置矩形辐射贴片，矩形辐射贴片上开设第一缝隙和第二缝隙，第一缝隙包括第一条形缝和第二条形缝，第二缝隙包括第三条形缝、第四条形缝和第五条形缝，馈电端口设置在接地板上，馈电探针的一端连接馈电端口，馈电探针的另一端穿过介质基板与矩形辐射贴片连接。本发明中馈电探针穿过一层介质基板连接矩形辐射贴片和馈电端口，并设置第一缝隙和第二缝隙，使天线具有两个工作频段，其结构简单，易于实现。

Description

一种太赫兹贴片天线
技术领域
本发明涉及电磁波器件技术领域，特别是涉及一种太赫兹贴片天线。
背景技术
随着数字化信息社会的发展，微波通信已经无法满足人们对无线通信的需求，寻找一个新的波段来满足数字通信技术的发展需求成为最新的发展趋势。太赫兹(THZ)波位于微波与光频之间，其频率范围为0.1THZ～10THZ，与微波相比，THZ波的频段宽，使得它的传输容量更大，其传输容量能够达到10Gbit/s，并且还能够在不影响性能的前提下实现设备的微型化。
太赫兹贴片天线的双频和多频特性是研究的一个重要方向。目前，大多采用以下方法实现双频和多频特性：采用两层不同的介质层，使得天线能够在600GHz和800GHz满足性能需求，实现天线在THz频段的双频特性；在天线上加载“W”型缝隙和两层介质层，使得天线在4.17GHz和5.78GHz两个频段工作；在天线上加载“U”型缝隙和多层介质层，使得天线在四个频段上满足性能需求，实现天线的多频特性。现有的太赫兹贴片天线采用两层或多层介质层，结构复杂，加工繁琐，不便于实现。
发明内容
基于此，有必要提供一种结构简单，易于实现的太赫兹贴片天线。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种太赫兹贴片天线，包括：接地板、介质基板、矩形辐射贴片、第一缝隙、第二缝隙、馈电端口和馈电探针；
所述接地板上方设置所述介质基板，所述介质基板上方设置所述矩形辐射贴片，所述矩形辐射贴片上开设第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙包括第一条形缝和第二条形缝，所述第一条形缝与所述矩形辐射贴片的边平行，所述第一条形缝的一端与所述第二条形缝的一端连通且呈直角，所述第二缝隙包括第三条形缝、第四条形缝和第五条形缝，所述第三条形缝与所述第一条形缝平行，所述第三条形缝的一端与所述第四条形缝的一端连通且呈直角，所述第三条形缝的另一端与所述第五条形缝的一端连通且呈直角，所述馈电端口设置在所述接地板上，所述馈电探针的一端连接所述馈电端口，所述馈电探针的另一端穿过所述介质基板与所述矩形辐射贴片连接。
可选的，所述第一条形缝的长度和所述第二条形缝的长度相等，所述第一条形缝的宽度和所述第二条形缝的宽度相等。
可选的，所述第二缝隙为轴对称图形。
可选的，所述接地板、所述介质基板与所述辐射贴片的中心在一条垂直于地面的直线上。
可选的，所述馈电端口与所述馈电探针同轴。
可选的，所述矩形辐射贴片的尺寸小于所述介质基板的尺寸。
可选的，所述接地板为正方形的金属接地板，所述介质基板为底边为正方形的长方体，所述正方形的金属接地板的边长与所述介质基板的底边边长相等。
可选的，所述介质基板的型号为Arlon cuclad 250GT。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种太赫兹贴片天线，所述天线包括：接地板、介质基板、矩形辐射贴片、第一缝隙、第二缝隙、馈电端口和馈电探针；接地板上方设置介质基板，介质基板上方设置矩形辐射贴片，矩形辐射贴片上开设第一缝隙和第二缝隙，第一缝隙包括第一条形缝和第二条形缝，第二缝隙包括第三条形缝、第四条形缝和第五条形缝，馈电端口设置在接地板上，馈电探针的一端连接馈电端口，馈电探针的另一端穿过介质基板与矩形辐射贴片连接。本发明中馈电探针穿过一层介质基板连接矩形辐射贴片和馈电端口，通过馈电端口为矩形辐射贴片提供激励信号，使矩形辐射贴片产生低频段的谐振点，并通过设置L型的第一缝隙和C型的第二缝隙，使矩形辐射贴片上的部分电流被凹槽截断，电流沿着凹槽的边缘流动，从而使辐射贴片上的电流有效路径增加，产生高频段的谐振点，该太赫兹贴片天线结构简单，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例太赫兹贴片天线的结构示意图；
图2为本发明实施例太赫兹贴片天线的侧视图；
图3为本发明实施例太赫兹贴片天线的散射参数图；
图4为本发明实施例太赫兹贴片天线在314GHZ时的E面辐射方向图；
图5为本发明实施例太赫兹贴片天线在314GHZ时的H面辐射方向图；
图6为本发明实施例太赫兹贴片天线在531GHZ时的E面辐射方向图；
图7为本发明实施例太赫兹贴片天线在531GHZ时的H面辐射方向图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例太赫兹贴片天线的结构示意图，图2为本发明实施例太赫兹贴片天线的侧视图。
参见图1和图2，实施例中的太赫兹贴片天线包括接地板1、介质基板2、矩形辐射贴片3、第一缝隙、第二缝隙、馈电端口9和馈电探针10；
所述接地板1的正上方设置所述介质基板2，所述接地板1为正方形的金属接地板，其尺寸为450μm*450μm，所述介质基板2的材料为Arlon cuclad250GT(tm)，其介电常数εr＝2.5，尺寸为450μm*450μm*40μm，所述介质基板2的正上方设置所述矩形辐射贴片3，所述矩形辐射贴片3的尺寸为300μm*242μm，所述矩形辐射贴片3上开设第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙分别位于所述矩形辐射贴片3的左右两侧，所述第一缝隙为“L”型缝隙，所述第一缝隙包括第一条形缝4和第二条形缝5，所述第一条形缝4与所述矩形辐射贴片3的边平行，所述第一条形缝4的一端与所述第二条形缝5的一端连通且呈直角，所述第一条形缝4和所述第二条形缝5的尺寸相同，其长度均为205μm，宽度均为7μm，所述第一条形缝4与所述矩形辐射贴片3的左边缘的距离L1＝193μm，所述第二条形缝5与所述矩形辐射贴片3的下边缘的距离L2＝135μm，所述第二缝隙为“C”型缝隙，所述第二缝隙包括第三条形缝6、第四条形缝7和第五条形缝8，所述第三条形缝6与所述第一条形缝4平行，所述第三条形缝6的一端与所述第四条形缝7的一端连通且呈直角，所述第三条形缝6的另一端与所述第五条形缝8的一端连通且呈直角，所述第三条形缝6的长度为80μm，宽度为5μm，所述第四条形缝7和所述第五条形缝8的尺寸形同，长度均为17μm，宽度均为5μm，所述第三条形缝6与所述矩形辐射贴片3的右边缘的距离L3＝193μm，所述馈电端口9设置在所述接地板1上，所述馈电端口9与所述接地板1的中心的距离为90μm，所述馈电端口9的半径为8.5μm，所述馈电探针10的一端连接所述馈电端口9，所述馈电探针10的另一端穿过所述介质基板2与所述矩形辐射贴片3连接，所述馈电探针10与所述矩形辐射贴片3的中心的距离为90μm，所述馈电探针10的半径为3μm，高度为40μm，所述馈电端口9与所述馈电探针10同轴。
第一缝隙和第二缝隙的开设位置、长度和宽度都会对天线的辐射性能产生很大的影响，上述实施例中，第一缝隙和第二缝隙的具体开设位置、长度和宽度，是利用ANSYSHFSS电磁仿真软件，对个各个尺寸参数进行优化得到的。
本实施例中的太赫兹贴片天线馈电探针穿过一层介质基板连接矩形辐射贴片和馈电端口，并仅通过设置第一缝隙和第二缝隙，使天线具有两个工作频段，其结构简单，易于实现；本实施例通过对天线各个尺寸参数的优化，使其具有损耗低、辐射性能好、尺寸小、质量轻、易于集成的特点；此外，本实施例中工作于两个频段的天线，其电流分布均匀，能有效提高天线的通信质量。
本实施例中，还利用ANSYS HFSS电磁仿真软件对天线的辐射参数性能进行了验证。
图3为本发明实施例太赫兹贴片天线的散射参数图。
参见图3，从太赫兹贴片天线的散射(S)参数图，可以明显看到天线具有两个谐振点，一个在较低频段即312GHZ附近，其-10dB以下的工作频段为307GHZ～322GHZ，回波损耗最低可达到-31dB，相对带宽为4.8％，另一个在较高频段即531GHZ附近，其-10dB以下的工作频段为523GHZ～540GZH，回波损耗最低可达到-39dB，相对带宽为3.2％。
图4为本发明实施例太赫兹贴片天线在314GHZ时的E面辐射方向图，图5为本发明实施例太赫兹贴片天线在314GHZ时的H面辐射方向图。
参见图4和图5，从太赫兹贴片天线在314GHZ时的E面和H面辐射方向图，可以看到太赫兹贴片天线在314GHZ时的最大增益为4.89dB。E面指在天线的最大波束指向，即增益方向，电场与波束指向确定的面，H面指在天线的最大波束指向，即增益方向，磁场与波束指向确定的面。
图6为本发明实施例太赫兹贴片天线在531GHZ时的E面辐射方向图，图7为本发明实施例太赫兹贴片天线在531GHZ时的H面辐射方向图。
参见图6和图7，从太赫兹贴片天线在531GHZ时的E面和H面辐射方向图，可以看到太赫兹贴片天线在531GHZ时的最大增益为5.51dB。
本实施例中的太赫兹贴片天线，具有两个工作频段，其-10dB以下的工作频段分别为307GHZ～322GHZ和523GHZ～540GHZ，谐振频点分别是312GHZ和531GHZ，回波损耗最低分别可达到-31dB和-39dB，其增益和回损等性能良好，能够满足天线在太赫兹频段的双频带工作要求。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种太赫兹贴片天线，其特征在于，包括：接地板、介质基板、矩形辐射贴片、第一缝隙、第二缝隙、馈电端口和馈电探针；
所述接地板上方设置所述介质基板，所述介质基板上方设置所述矩形辐射贴片，所述矩形辐射贴片上开设第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙包括第一条形缝和第二条形缝，所述第一条形缝与所述矩形辐射贴片的边平行，所述第一条形缝的一端与所述第二条形缝的一端连通且呈直角，所述第二缝隙包括第三条形缝、第四条形缝和第五条形缝，所述第三条形缝与所述第一条形缝平行，所述第三条形缝的一端与所述第四条形缝的一端连通且呈直角，所述第三条形缝的另一端与所述第五条形缝的一端连通且呈直角，所述馈电端口设置在所述接地板上，所述馈电探针的一端连接所述馈电端口，所述馈电探针的另一端穿过所述介质基板与所述矩形辐射贴片连接。
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹贴片天线，其特征在于，所述第一条形缝的长度和所述第二条形缝的长度相等，所述第一条形缝的宽度和所述第二条形缝的宽度相等。
3.根据权利要求1所述的一种太赫兹贴片天线，其特征在于，所述第二缝隙为轴对称图形。
4.根据权利要求1所述的一种太赫兹贴片天线，其特征在于，所述接地板、所述介质基板与所述辐射贴片的中心在一条垂直于地面的直线上。
5.根据权利要求1所述的一种太赫兹贴片天线，其特征在于，所述馈电端口与所述馈电探针同轴。
6.根据权利要求1所述的一种太赫兹贴片天线，其特征在于，所述矩形辐射贴片的尺寸小于所述介质基板的尺寸。
7.根据权利要求1所述的一种太赫兹贴片天线，其特征在于，所述接地板为正方形的金属接地板，所述介质基板为底边为正方形的长方体，所述正方形的金属接地板的边长与所述介质基板的底边边长相等。
8.根据权利要求1所述的一种太赫兹贴片天线，其特征在于，所述介质基板的型号为Arlon cuclad 250GT。
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