CN113241529A - 一种基于倍高结构超表面微天线阵列 - Google Patents

一种基于倍高结构超表面微天线阵列 Download PDF

Info

Publication number
CN113241529A
CN113241529A CN202110544795.2A CN202110544795A CN113241529A CN 113241529 A CN113241529 A CN 113241529A CN 202110544795 A CN202110544795 A CN 202110544795A CN 113241529 A CN113241529 A CN 113241529A
Authority
CN
China
Prior art keywords
array
height
terahertz
super
array units
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110544795.2A
Other languages
English (en)
Inventor
石嘉
高寒
丁艺允
徐伟
郭翠娟
白华
李现国
陈洪丽
王敏
郭泽康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Polytechnic University
Original Assignee
Tianjin Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Polytechnic University filed Critical Tianjin Polytechnic University
Priority to CN202110544795.2A priority Critical patent/CN113241529A/zh
Publication of CN113241529A publication Critical patent/CN113241529A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明提出了一种基于倍高结构超表面微天线阵列，由长方体衬底与三十二个相同的阵列单元组成，阵列单元均分布在长方体衬底上，每行存在四个阵列单元，每列存在八个阵列单元；每个阵列单元由一根一倍高的实心圆柱、一根两倍高的实心圆柱和一根三倍高的空心圆柱沿横向按由低到高的顺序排列组成，且三根圆柱之间存在间隔；在太赫兹通信领域，可以实现当光束进入阵列结构时发生衍射现象，入射能量集中在一个特定的衍射级阶数中，并且使得其他衍射级次中的能量明显被抑制，以实现高效率传输；可用于设计及高数值孔径、高效率的平面透镜或其他太赫兹范围内的器件，利用商用3D打印机制作该结构，克服传统的太赫兹器件成本高，不易制作的缺点。

Description

一种基于倍高结构超表面微天线阵列
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，具体讲，涉及一种基于倍高结构超表面微天线阵列。
背景技术
太赫兹波是频率范围为0.1～10THz的电磁波，太赫兹波段位于微波波段和可见光波段之间。与X射线相比，太赫兹波具有更低的单光子能量，对生物细胞的损害较小，可以被用在医学诊断和安全检测中；与微波相比，太赫兹波不仅具有更小的波长，而且还覆盖了丰富的频谱资源，且太赫兹通信技术具有大容量、高保密性等特点，所以可作为下一代6G通信的工作频段。由于大多数物质分子振动频率处于太赫兹波段，因此，太赫兹光谱技术也可以作为物质识别的一个重要手段。基于上述优势，太赫兹技术将为我们的生活带来更大的便利。但是相对于微波和红外波领域，太赫兹技术的研究起步较晚，技术还不够成熟，尤其在太赫兹器件方面。由于自然界中缺乏对太赫兹波调控的材料，现有的太赫兹器件面临着体积大、重量大、效率低、种类匮乏等问题。
2011年，美国哈佛大学的一个课题组提出将不同人工微结构按照特定的排列方式组合构成非均匀超材料表面，简称“超表面”。在外界光照射下，超表面将所携带的“相位突变”加载到再辐射的电磁波上，由此可以实现人为设计的电磁辐射强度和相位分布，对电磁波波前进行调控。超表面概念提出以来，科研人员开展了大量的研究工作，并实现了一系列电磁波调控现象，这类结构简单且易于加工，同时又保持奇异电磁调控能力的超表面，逐渐代替原始的三维结构，开始成为超材料研究的主要分支。
超表面是一种由微结构单元排布组成的平面器件，具有超薄、超轻等优点。经过人为设计，超表面可构建具有任意的电导率和磁导率的介质，从而实现自然界中不存在的电磁特性。在超表面器件的研究初期，研究人员基于LC共振效应，利用由金属谐振环结构组成的超表面器件实现了多种太赫兹滤波器、太赫兹吸收器等光谱调制器件。将超表面引入到太赫兹波段，利用超表面对电磁波的调控能力，可以实现多种具有太赫兹功能的器件。因此，太赫兹波段的超表面器件不仅能有效解决太赫兹器件种类匮乏的问题，还能推动太赫兹技术的广泛应用。
发明内容
本发明提出一种基于倍高结构超表面微天线阵列，目的是在太赫兹通信领域中，通过设计衬底的相关长度，圆柱直径大小及高低，实现当光束进入阵列结构时发生衍射现象，使入射光束的能量集中于特定的衍射级中，其他的衍射级中能量明显受到抑制，并且在特定的衍射级中可以达到特定的弯曲角度。
为此，本发明采取的技术方案是：一种基于倍高结构超表面微天线阵列，其特征在于：所述阵列结构包括长方体的衬底和阵列单元。
所述阵列结构是由长方体衬底和三十二个阵列单元组成，所述三十二个阵列单元均分布在长方体衬底上，其中每行有四个阵列单元，每列有八个阵列单元。
所述阵列单元是由一根一倍高的实心圆柱、一根两倍高的实心圆柱和一根三倍高的空心圆柱沿横向按由低到高的顺序排列组成，且三根圆柱之间存在间隔。
与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：
第一，本发明提出一种基于倍高结构超表面微天线阵列，在太赫兹通信领域，可以实现当光束进入阵列结构时发生衍射现象，入射能量集中在一个特定的阶数中，并且其他所有阶数中的能量被抑制。第二，利用该结构对太赫兹波束的赋形与衍射方向的调控，将该结构器件贴在建筑物表面实现信号在特定方向的传输，从而解决太赫兹信号覆盖空洞的问题，实现中继作用。第三，一种基于倍高结构超表面微天线阵列，具有超宽的频带特性，在多个频段具有均匀平稳的辐射特性，具有超薄、超轻的优点，克服了传统太赫兹器件体积大、重量大的缺点。第四，可以通过改变阵列单元中圆柱直径以及高度，以实现高效率传输，可用于设计高数值孔径、高效率的平面透镜或其他太赫兹范围内的器件，克服了传统太赫兹器件传输效率低的缺点。第五，与传统的太赫兹器件相比较，可以使用光敏树脂材料，利用商用3D打印机制作该结构，制造的方法简单且成本较低，克服传统的太赫兹器件成本高，不易制作的缺点。
附图说明
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步详细的说明；
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明中的一个阵列单元及部分衬底示意图；
附图中，各标号所代表的部件例表如下：
1-长方体衬底；2-一倍高的实心圆柱；3-两倍高的实心圆柱；4-三倍高的空心圆柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加明显，下面对本发明实施方式作进一步得详细描述。
如图1和图2所示，一种基于倍高结构超表面微天线阵列，所述阵列结构包括长方体的衬底1和阵列单元。
所述阵列结构是由长方体衬底和三十二个阵列单元组成，所述三十二个阵列单元均分布在长方体衬底上，每行有四个阵列单元，每列有八个阵列单元。
所述长方形衬底1长为5毫米，宽为1.25毫米，高为0.5毫米。
所述阵列单元是由一根一倍高的实心圆柱、一根两倍高的实心圆柱和一根三倍高的空心圆柱沿横向按由低到高的顺序排列组成，且三根圆柱之间存在间隔。
所述阵列单元的一倍高的实心圆柱2直径为950微米，高度为5毫米。
所述阵列单元的二倍高的实心圆柱3直径为1250微米，高度为10毫米。
所述阵列单元的三倍高的空心圆柱4外径为1150微米，内径为800微米，高度为15毫米。
为了通过实验验证本发明的性能，利用光敏树脂材料使用商用3D打印机制作基于倍高结构超表面微天线阵列样品，其折射率为1.67，利用相关的实验装置进行测量。具体实验操作过程为：利用现有的0.14THz源垂直从衬底打入基于倍高结构超表面微天线阵列样品，并用透镜准直聚焦，通过接收器接收信号，从而计算其传输效率。通过计算实验数据，得到的传输效率与模拟仿真结果吻合良好，从而证明基于倍高结构超表面微天线阵列在太赫兹范围内设计及应用的可行性。
本发明通过对从衬底入射的太赫兹波进行调控，使入射的太赫兹光束的能量集中在特定的衍射级次中，并且使得其他衍射级次中的能量能够明显被抑制。通过调节阵列单元与衬底的相关参数从而实现散射波的相位从0到2π的调控。

Claims (1)

1.一种基于倍高结构超表面微天线阵列，其特征在于：所述阵列结构包括长方体的衬底和阵列单元；
所述阵列结构是由长方体衬底与三十二个阵列单元组成；所述三十二个阵列单元均分布在长方体衬底上，其中每行有四个阵列单元，每列有八个阵列单元；
所述阵列单元是由一根一倍高的实心圆柱、一根两倍高的实心圆柱和一根三倍高的空心圆柱沿横向按由低到高的顺序排列组成，且三根圆柱之间存在间隔。
CN202110544795.2A 2021-05-20 2021-05-20 一种基于倍高结构超表面微天线阵列 Pending CN113241529A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110544795.2A CN113241529A (zh) 2021-05-20 2021-05-20 一种基于倍高结构超表面微天线阵列

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110544795.2A CN113241529A (zh) 2021-05-20 2021-05-20 一种基于倍高结构超表面微天线阵列

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113241529A true CN113241529A (zh) 2021-08-10

Family

ID=77137641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110544795.2A Pending CN113241529A (zh) 2021-05-20 2021-05-20 一种基于倍高结构超表面微天线阵列

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113241529A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107851876A (zh) * 2015-06-30 2018-03-27 国际商业机器公司 用于使用局部谐振器来耦合量子位的架构
WO2018058802A1 (zh) * 2016-09-30 2018-04-05 深圳市太赫兹系统设备有限公司 一种太赫兹超材料波导及器件
CN107966824A (zh) * 2017-12-21 2018-04-27 南开大学 一种分光器以及采用该分光器的光通讯系统和显示装置
CN110221447A (zh) * 2019-05-22 2019-09-10 清华大学 一种基于超构表面的结构光投影衍射光学器件
CN110265789A (zh) * 2019-06-13 2019-09-20 电子科技大学 一种基于多阶相位因子的全介质硅太赫兹涡旋超表面
CN110456426A (zh) * 2019-07-31 2019-11-15 天津大学 亚波长介质柱阵列结构的超材料双功能太赫兹波片
CN111564678A (zh) * 2020-05-19 2020-08-21 山东师范大学 基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法
CN112285813A (zh) * 2020-10-20 2021-01-29 中国计量大学 一种太赫兹人工表面等离子激元的介质超光栅高效激发装置
CN112558218A (zh) * 2019-09-26 2021-03-26 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 全介质透射型高效超薄分束器及其制备方法与应用
CN112557338A (zh) * 2020-11-20 2021-03-26 广东省农业科学院农产品公共监测中心 基于多特征单元的太赫兹超结构传感器及其使用方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107851876A (zh) * 2015-06-30 2018-03-27 国际商业机器公司 用于使用局部谐振器来耦合量子位的架构
WO2018058802A1 (zh) * 2016-09-30 2018-04-05 深圳市太赫兹系统设备有限公司 一种太赫兹超材料波导及器件
CN107966824A (zh) * 2017-12-21 2018-04-27 南开大学 一种分光器以及采用该分光器的光通讯系统和显示装置
CN110221447A (zh) * 2019-05-22 2019-09-10 清华大学 一种基于超构表面的结构光投影衍射光学器件
CN110265789A (zh) * 2019-06-13 2019-09-20 电子科技大学 一种基于多阶相位因子的全介质硅太赫兹涡旋超表面
CN110456426A (zh) * 2019-07-31 2019-11-15 天津大学 亚波长介质柱阵列结构的超材料双功能太赫兹波片
CN112558218A (zh) * 2019-09-26 2021-03-26 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 全介质透射型高效超薄分束器及其制备方法与应用
CN111564678A (zh) * 2020-05-19 2020-08-21 山东师范大学 基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法
CN112285813A (zh) * 2020-10-20 2021-01-29 中国计量大学 一种太赫兹人工表面等离子激元的介质超光栅高效激发装置
CN112557338A (zh) * 2020-11-20 2021-03-26 广东省农业科学院农产品公共监测中心 基于多特征单元的太赫兹超结构传感器及其使用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pacheco-Peña et al. Ultra-compact planoconcave zoned metallic lens based on the fishnet metamaterial
US10928614B2 (en) Diffractive concentrator structures
CN105742825B (zh) 用于聚焦电磁波的超表面反射阵面
CN106887718B (zh) 一种基于超表面相控阵天线产生轨道角动量波束的装置
CN110161598B (zh) 一种基于硅纳米球三聚体的单向性光学纳米天线结构
CN109459805A (zh) 一种周期介质光栅和太赫兹波聚焦透镜
CN109687155A (zh) 一种互补人工表面等离激元漏波频扫天线
CN111262038B (zh) 基于超表面的非衍射波束偏折的平面贝塞尔透镜及方法
Matytsine et al. Large size, lightweight, Luneburg Lenses for multi-beam antenna applications
CN103402347B (zh) 一种基于三维超材料的全向宽带电磁波能量吸收装置的制备方法
Li et al. A frequency-controlled wide-angle scanning antenna based on spoof surface plasmon polariton
CN113241529A (zh) 一种基于倍高结构超表面微天线阵列
CN110011075A (zh) 一种高性能波束赋形天线及波束赋形方法
CN110568524B (zh) 一种具有低损耗的零折射率超构材料及设计方法
EP2711743B1 (en) Electromagnetic wave beam splitter
CN102769189B (zh) 一种喇叭透镜天线
Xie et al. High-efficiency dual-band bifocal metalens based on reflective metasurface
CN114865330A (zh) 一种太赫兹超透镜天线
CN114267959A (zh) 一种基于多层超材料的偏振控制相干完美吸收器
CN110515254B (zh) 一种非互易磁光太赫兹波束扫描器
CN102769206B (zh) 一种喇叭透镜天线
Wang et al. An ultrathin microwave Huygens' metasurface lens
CN115473048A (zh) 沙漏型6g空心花瓣超天线
Monti et al. Design of reconfigurable Huygens metasurfaces based on Drude-like scatterers operating in the epsilon-negative regime
Li et al. A Miniaturized Frequency Reconfigurable Anechoic Chamber Based on Omnidirectional Reflectionless Absorption Spatial Kramers-Kronig Medium

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210810

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication