CN110571534B - 太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，包括基板、贴覆在基板背面的天线接地板和贴覆在基板正面的三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片，所述三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片是由三重光子晶体小天线按照十字分形缝隙阵列结构排列组成的天线阵列。本发明具有较大性能冗余和较强抗破坏性，能够在太赫兹波段宽频带稳定工作。

Description

太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线
技术领域
本发明涉及太赫兹滤波器领域，具体涉及一种太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线。
背景技术
在二十世纪八十年代以前，由于波源和检测设备的限制，太赫兹波技术的发展较为缓慢，远远落后于微波技术和光波技术的发展，形成了电磁波谱上的“太赫兹空白”。二十世纪八十年代至今，太赫兹辐射源产生设备及太赫兹辐射探测设备都取得了重大技术突破，太赫兹技术得到了飞速发展。太赫兹波的频率介于微波和红外波之间，波长介于30微米和3毫米之间，太赫兹波具有区别于其他频率电磁波的独一无二的特性。太赫兹波的能量极低，用于活体检测不会对被检测的对象造成伤害，在医学成像与检测领域有很大的应用前景；太赫兹波频率很高，用于卫星通信、移动通信领域时具有很宽的通信带宽，有望实现大数据量高速宽带传输；太赫兹波穿透能力极强，在非极性液体和一些介电材料的透视成像上表现出的效果极佳，可用于污染源远程检测与定位和公共场合的危险物品检测。
太赫兹波段天线是收发太赫兹波信号的重要装置，其性能决定着太赫兹波段设备的性能优劣。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，具有较大性能冗余和较强抗破坏性，能够在太赫兹波段宽频带稳定工作。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，包括基板、贴覆在基板背面的天线接地板和贴覆在基板正面的三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片，所述三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片是由三重光子晶体小天线按照十字分形缝隙阵列结构排列组成的天线阵列。
进一步的，所述天线接地板为全导电接地结构。
进一步的，所述三重光子晶体小天线的大小为8 μm±1 μm×8 μm±1 μm。
进一步的，所述三重光子晶体小天线由三层结构组成，外层是一个外边长为8 μm、内边长为4 μm的纳米银导电墨水空心正方形环，中间层是一个外边长为4 μm、内边长为2 μm的石墨烯导电墨水空心正方形环，内层是一个边长为2 μm的正方形钽铌酸钾薄片。
进一步的，所述每个三重光子晶体小天线的底部边沿中心处设有天线馈电点。
进一步的，所述三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片使用十字分形缝隙阵列结构作为基本阵列排布结构，在十字分形缝隙阵列结构的每个大小为10 μm±1 μm ×10 μm±1μm的阵元天线区域中心，放置一个三重光子晶体小天线。
进一步的，所述十字分形缝隙阵列结构是2阶十字分形缝隙阵列结构，是在一个由15行15列共225个方形区域组成的矩形区域中，挖去第4行第8列，第5行第7列、第8列、第9列，第6行第8列，第7行第5列、第8列、第11列，第8行第4列、第5列、第6列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列，第9行第5列、第8列、第11列，第10行第8列，第11行第7列、第8列、第9列，第12行第8列，共25个方形区域，形成2阶十字分形缝隙，而在剩余的200个方形区域放置阵元天线。
进一步的，所述基板为低损耗太赫兹波段透波陶瓷基板，其相对介电常数为90±5。
进一步的，所述基板的形状为矩形，基板总体尺寸是150μm±1μm×150μm±1μm，厚度为5μm±1μm。
进一步的，所述天线接地板由纳米银导电墨水印制而成。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明使用纳米银导电墨水、石墨烯导电墨水、钽铌酸钾薄片层层嵌套，组成能产生频段较宽的光子带隙的三重光子晶体结构，将三重光子晶体小天线作为阵元天线，利用光子晶体结构的宽频段辐射工作能力，保证阵元天线拥有较大的工作带宽。多个三重光子晶体小天线按照十字分形缝隙阵列结构排列组成天线阵列，在利用辐射叠加原理提高天线的辐射强度的同时，保证了阵列天线具有和阵元天线相似的宽频带工作性能。本发明具有较大性能冗余和较强抗破坏性，能够在太赫兹波段宽频带稳定工作，工作中心频率在1 THz附近，回波损耗最小值低于-30 dB，绝对工作带宽大于0.2 THz，相对工作带宽大于20%。
附图说明
图1是本发明一实施例中三重光子晶体小天线结构示意图；
图2是本发明一实施例中十字分形缝隙阵列结构示意图；
图3是本发明一实施例中天线结构图；
图4是本发明一实施例中回波损耗(S11)性能图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图3，本发明提供一种太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，包括基板、贴覆在基板背面的天线接地板和贴覆在基板正面的三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片；所述天线接地板为全导电接地结构；所述三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片是由三重光子晶体小天线按照十字分形缝隙阵列结构排列组成的天线阵列。
参照图1，所述三重光子晶体小天线的大小为8 μm±1 μm×8 μm±1 μm。三重光子晶体小天线由三层结构组成，外层是一个外边长为8 μm、内边长为4 μm的纳米银导电墨水空心正方形环，中间层是一个外边长为4 μm、内边长为2 μm的石墨烯导电墨水空心正方形环，内层是一个边长为2 μm的正方形钽铌酸钾薄片。所述每个三重光子晶体小天线的底部边沿中心处设有天线馈电点。
在本实施例中，所述三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片使用十字分形缝隙阵列结构作为基本阵列排布结构，在十字分形缝隙阵列结构的每个大小为10 μm±1 μm ×10 μm±1 μm的阵元天线区域中心，放置一个三重光子晶体小天线。
在本实施例中，所述十字分形缝隙阵列结构是2阶十字分形缝隙阵列结构，是在一个由15行15列共225个方形区域组成的矩形区域中，挖去第4行第8列，第5行第7列、第8列、第9列，第6行第8列，第7行第5列、第8列、第11列，第8行第4列、第5列、第6列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列，第9行第5列、第8列、第11列，第10行第8列，第11行第7列、第8列、第9列，第12行第8列，共25个方形区域，形成2阶十字分形缝隙，而在剩余的200个方形区域放置阵元天线。
在本实施例中，所述基板为低损耗太赫兹波段透波陶瓷基板，其相对介电常数为90±5。所述基板的形状为矩形，基板总体尺寸是150μm±1μm×150μm±1μm，厚度为5μm±1μm。
在本实施例中，所述天线接地板由纳米银导电墨水印制而成。
参考图4，实测结果显示，该款天线的工作中心频率为1.020 THz，回波损耗最小值为-39.11 dB，天线工作频带范围为0.718～1.392 THz，绝对工作带宽为0.674 THz，相对工作带宽为63.89%。实测结果显示，该款天线具有较大性能冗余和较强抗破坏性，能够在太赫兹波段宽频带稳定工作，工作中心频率在1 THz附近，回波损耗最小值低于-30 dB，绝对工作带宽大于0.2 THz，相对工作带宽大于20%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，其特征在于，包括基板、贴覆在基板背面的天线接地板和贴覆在基板正面的三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片，所述三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片是由三重光子晶体小天线按照十字分形缝隙阵列结构排列组成的天线阵列；
所述三重光子晶体小天线由三层结构组成，外层是一个外边长为8 μm、内边长为4 μm的纳米银导电墨水空心正方形环，中间层是一个外边长为4 μm、内边长为2 μm的石墨烯导电墨水空心正方形环，内层是一个边长为2 μm的正方形钽铌酸钾薄片。
2.根据权利要求1所述的太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，其特征在于：所述天线接地板为全导电接地结构。
3.根据权利要求1所述的太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，其特征在于：所述三重光子晶体小天线的大小为8 μm±1 μm×8 μm±1 μm。
4.根据权利要求1所述的太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，其特征在于：所述每个三重光子晶体小天线的底部边沿中心处设有天线馈电点。
5.根据权利要求1所述的太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，其特征在于：所述三重光子晶体分形缝隙阵列辐射贴片使用十字分形缝隙阵列结构作为基本阵列排布结构，在十字分形缝隙阵列结构的每个大小为10 μm±1 μm ×10 μm±1 μm的阵元天线区域中心，放置一个三重光子晶体小天线。
6.根据权利要求1所述的太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，其特征在于：所述十字分形缝隙阵列结构是2阶十字分形缝隙阵列结构，是在一个由15行15列共225个方形区域组成的矩形区域中，挖去第4行第8列，第5行第7列、第8列、第9列，第6行第8列，第7行第5列、第8列、第11列，第8行第4列、第5列、第6列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列，第9行第5列、第8列、第11列，第10行第8列，第11行第7列、第8列、第9列，第12行第8列，共25个方形区域，形成2阶十字分形缝隙，而在剩余的200个方形区域放置阵元天线。
7.根据权利要求1-6任一所述的太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，其特征在于：所述基板为低损耗太赫兹波段透波陶瓷基板，其相对介电常数为90±5。
8.根据权利要求1-6任一所述的太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，其特征在于：所述基板的形状为矩形，基板总体尺寸是150μm±1μm×150μm±1μm，厚度为5μm±1μm。
9.根据权利要求1-6任一所述的太赫兹波段三重光子晶体分形缝隙阵列天线，其特征在于：所述天线接地板由纳米银导电墨水印制而成。
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Assignee: Zhangzhou kuledo Information Technology Co.,Ltd.

Assignor: XIAMEN UNIVERSITY TAN KAH KEE College

Contract record no.: X2023350000217

Denomination of invention: Terahertz Band Triple Photonic Crystal Fractal Slot Array Antenna

Granted publication date: 20210129

License type: Common License

Record date: 20230505