CN211700561U - 一种太赫兹双频天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太赫兹双频天线，属于天线技术领域。它包括介质基板，所述介质基板的上表面设有辐射贴片、微带传输线和共面波导接地面，所述介质基板的下表面设有接地板，所述辐射贴片位于所述介质基板的中央，为伞形偶极子形状，所述辐射贴片通过所述微带传输线与所述介质基板的边缘连接；所述共面波导接地面包括分别位于所述辐射贴片两侧的对称设置的阶梯型贴片，所述阶梯型贴片的阶梯自所述辐射贴片的两侧向所述介质基板的边缘升高。本实用新型实现了微带天线在双频带工作，且回波损耗、驻波及方向性能达到很好的效果。

Description

一种太赫兹双频天线

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，具体地说，涉及一种太赫兹双频天线。

背景技术

太赫兹(THz)波介于微波与光频之间，其频率范围为0.1～10THz，和其它频段的波相比，它的波束更加窄，方向性更好，可实现更准确的定位，同时可提供高达10GB/s的无线传输速率，因此，它在无线通信方向有着无法比拟的优势。而天线作为通信系统的关键设备，无疑将受到广泛关注。

微带天线是由一块厚度远小于工作波长的介质基板、基板一面附着的金属辐射片和基板另一面全部附以金属薄层的接地板组成，由于具有成本低、易加工、易于共形等优点，因此将微带天线应用于太赫兹频段对太赫兹天线的发展具有重要意义。

在设计中，根据不同的环境、工作频率和应用技术，辐射片可以根据不同的要求设计成不同的形状。但简单辐射片的尺寸设计出来的天线只能在单频工作，使得太赫兹微带天线在应用中受到较大的限制。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种太赫兹天线，通过对辐射贴片和共面波导进行改进，实现了微带天线在双频带工作。

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种太赫兹双频天线，包括介质基板，所述介质基板的上表面设有辐射贴片、微带传输线和共面波导接地面，所述介质基板的下表面设有接地板，所述辐射贴片位于所述介质基板的中央，为伞形偶极子形状，所述辐射贴片通过所述微带传输线与所述介质基板的边缘连接；所述共面波导接地面包括分别位于所述辐射贴片两侧的对称设置的阶梯型贴片，所述阶梯型贴片的阶梯自所述辐射贴片的两侧向所述介质基板的边缘升高。

进一步地，所述阶梯型贴片包括第一矩形片、第二矩形片和第三矩形片，所述第三矩形片位于所述介质基板的边缘，高度与所述介质基板的高度相同；所述第二矩形片位于所述第三矩形片与所述微带传输线之间，高度低于所述辐射贴片的两翼的高度；所述第一矩形片位于所述第二矩形片与所述微带传输线之间，高度低于所述第二矩形片的高度。

进一步地，所述辐射贴片的伞形偶极子的中央伞柄位置开设有贴片缝隙。

更进一步地，所述贴片缝隙为矩形。

进一步地，所述介质基板的材质为硅，其相对介电常数为9。

进一步地，所述辐射贴片和接地板的材质为铜。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的太赫兹双频天线通过对辐射贴片和共面波导进行改进，实现了微带天线在双频带工作，且回波损耗、驻波及方向性能达到很好的效果。

附图说明

图1为本实用新型的太赫兹双频天线的立体结构示意图；

图2为本实用新型的太赫兹双频天线的平面示意图；

图1～2中：1、介质基板；2、辐射贴片；3、贴片缝隙；4、微带传输线；5、第一矩形片；6、第二矩形片；7、第三矩形片；8、共面波导接地面。

图3为本实用新型的太赫兹双频天线的回波损耗仿真图；

图4为本实用新型的太赫兹双频天线的驻波仿真图；

图5为本实用新型的太赫兹双频天线的E面和H面增益方向仿真图；

图6为本实用新型的太赫兹双频天线的三维平面增益方向仿真图；

图7为本实用新型的太赫兹双频天线的三维立体辐射方向图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

一种太赫兹双频天线，包括介质基板1，如图1和图2所示，介质基板1的上表面设有辐射贴片2、微带传输线4和共面波导接地面8，介质基板1的下表面设有接地板。辐射贴片2位于介质基板1的中央，为伞形偶极子形状，伞形偶极子的两翼为平行四边形，辐射贴片2的伞形偶极子的中央伞柄位置开设有贴片缝隙3，贴片缝隙3为矩形，辐射贴片2通过微带传输线4与介质基板1的边缘连接；共面波导接地面8包括分别位于辐射贴片2两侧的对称设置的阶梯型贴片，阶梯型贴片的阶梯自辐射贴片2的两侧向介质基板1的边缘升高。阶梯型贴片包括第一矩形片5、第二矩形片6和第三矩形片7，第三矩形片7位于介质基板1的边缘，高度与介质基板1的高度相同；第二矩形片6位于第三矩形片7与微带传输线4之间，高度低于辐射贴片2的两翼的高度；第一矩形片5位于第二矩形片6与微带传输线4之间，高度低于第二矩形片6的高度；三个矩形片依次连接，共同组成阶梯型贴片，对称的两个阶梯型贴片组合，形成共面波导接地面。

实施例

在本实施例中，介质基板1的材质为硅，其相对介电常数为9，辐射贴片2和接地板的材质为铜。

具体地：

以下参照图2的视角，横向为长，纵向为高。介质基板1的长580μm、高400μm、厚47μm，辐射贴片2的“伞面”与介质基板1的底端的距离为47μm，辐射贴片2两翼的平行四边形的长边边长为132.38μm，短边边长为45μm，长边与微带传输线的夹角为79.1°。

贴片缝隙3的长为14μm，高为105μm。

微带传输线4的长为150μm，高为280μm。

第一矩形片5的长为55μm，高为102μm。

第二矩形片6的长为140μm，高为152μm。

第三矩形片7的长为40μm，高为400μm。

将本实施例的太赫兹双频天线采用太赫兹馈电技术焊接接头进行测试。只考虑主模激励的情况下，采用共面波导馈电的方式激励，输入阻抗设置为50欧姆，通过HFSS软件进行设计与优化，同时添加扫描频率0.8到1.2THz频段观察此天线的性能，分析天线在频段的回波损耗、电压驻波比及增益，其结果见图3～6。

图3为回波损耗仿真图，从图中可以看出，天线分别在0.934THz和1.11THz处谐振，谐振点0.934THz处的回波损耗值为-32.85dB，谐振点1.11THz处的回波损耗值为-32.63dB。

图4为驻波仿真图，从图中可以看出，天线在谐振点0.934THz处的驻波比为1.04，在谐振点1.11THz处的驻波比为1.05，均低于天线工程要求值2。

图5为xoz面增益方向仿真图，从图中可以看出，天线在xoz平面最强辐射方向为θ为280°，端射方向即“伞尖”所朝方向。

图6为xoy平面增益方向仿真图，从图中可以看出，天线在xoy平面最强辐射方向为φ为180°，即“伞尖”所朝方向，说明该天线为端射天线。

图7为三维立体辐射方向图，从图中可以看出，天线总增益最大值为8.5dBi。

综上，本实用新型的太赫兹双频天线达到了在双频带(0.934THz和1.11THz)工作的功能，且回波损耗、驻波及方向性能达到很好的效果。

Claims (6)

1.一种太赫兹双频天线，包括介质基板(1)，其特征在于，所述介质基板(1)的上表面设有辐射贴片(2)、微带传输线(4)和共面波导接地面(8)，所述介质基板(1)的下表面设有接地板，所述辐射贴片(2)位于所述介质基板(1)的中央，为伞形偶极子形状，所述辐射贴片(2)通过所述微带传输线(4)与所述介质基板(1)的边缘连接；所述共面波导接地面(8)包括分别位于所述辐射贴片(2)两侧的对称设置的阶梯型贴片，所述阶梯型贴片的阶梯自所述辐射贴片(2)的两侧向所述介质基板(1)的边缘升高。

2.根据权利要求1所述的太赫兹双频天线，其特征在于，所述阶梯型贴片包括第一矩形片(5)、第二矩形片(6)和第三矩形片(7)，所述第三矩形片(7)位于所述介质基板(1)的边缘，高度与所述介质基板(1)的高度相同；所述第二矩形片(6)位于所述第三矩形片(7)与所述微带传输线(4)之间，高度低于所述辐射贴片(2)的两翼的高度；所述第一矩形片(5)位于所述第二矩形片(6)与所述微带传输线(4)之间，高度低于所述第二矩形片(6)的高度。

3.根据权利要求1所述的太赫兹双频天线，其特征在于，所述辐射贴片(2)的伞形偶极子的中央伞柄位置开设有贴片缝隙(3)。

4.根据权利要求3所述的太赫兹双频天线，其特征在于，所述贴片缝隙(3)为矩形。

5.根据权利要求1所述的太赫兹双频天线，其特征在于，所述介质基板(1)的材质为硅，其相对介电常数为9。

6.根据权利要求1或5所述的太赫兹双频天线，其特征在于，所述辐射贴片(2)和接地板的材质为铜。

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