CN218498369U - 太赫兹宽带双极化喇叭天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种太赫兹宽带双极化喇叭天线，其包括依次层叠设置：馈电层、平面双极化辐射层以及天线本体。本实用新型基于石英基板工艺的光刻技术能支持到最低10um级的精度，因此能实现更复杂、更多维的结构设计，从而达到更高的技术指标。天线和平面双极化馈电电路均用同种基板和工艺制造而成，在天线加工的同时也能够一体化加工其双极化馈电电路，避免了天线和馈电电路独立加工后的装配误差，极大程度降低了对性能的影响。本天线具备设计简单、小型化、一体性强容易集成的特点。本实用新型在不同环境下能保持稳定的工作性能，并且在馈电层预留了微带线走线端口，可以便于扩展为天线阵列以及通过批量刻蚀实现大规模量产。
Description
技术领域
本实用新型涉及雷达通信技术领域，尤其涉及一种太赫兹宽带双极化喇叭天线。
背景技术
太赫兹波是频率介于100GHz和10THz之间的电磁波，其频段介于毫米波和红外光以内，在长波段和毫米波部分重合，在短波段与红外光部分重合。太赫兹处在宏观经典力学理论向着微观量子理论的区间，同时能兼顾了红外的穿透性以及优于激光的多气候传播特性，并且在这些优势的基础上，还有着更低的单光子能量。因此，太赫兹技术在生物医疗、体外成像、安检、高速通信等领域有着得天独厚的优势和应用前景。
在太赫兹频段，由于对应波长已经达到毫米或者亚毫米级别，天线和电路都会面临尺寸急剧缩减的问题，喇叭天线凭借其优异的辐射性能以及可靠的设计以及强度在太赫兹频段被大量应用，为喇叭天线馈电的金属腔体电路多为3端口设计，最终也必然会使得其通过分层独立加工最终通过定位孔和螺纹孔实现装配。但是金属腔体的加工工艺精度仅有0.1mm级别，首先很难满足天线以及馈电电路的性能设计要求，加工的良品率非常低，极大增加了成本；除此以外即便天线能够成功加工，仅通过定位孔和螺纹孔固定加装的结构设计会存在天线和馈电电路之间出现不可控的装配缝隙，缝隙的尺寸有时候会与结构本身的过渡结构尺寸相比拟，最终会很大程度影响天线的最终测试的实际性能。通过多层金属定位装配得到的结构在长期使用过程中，也容易出现形变、错位的问题，严重影响使用寿命。
因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种太赫兹宽带双极化喇叭天线，以克服现有技术中存在的不足。
为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种太赫兹宽带双极化喇叭天线，其包括依次层叠设置：馈电层、平面双极化辐射层以及天线本体；
所述馈电层的上表面形成金属地板，所述金属地板上设置有两条缝隙，所述馈电层的下表面为两条馈电走线电路；
所述平面双极化辐射层的上表面覆盖有金属贴片，且所述金属贴片位于所述两条缝隙的上方；
所述天线本体包括依次层叠设置若干石英基板，任一所述石英基板上开设有槽结构，所述槽结构的内侧壁上覆盖有铜，各槽结构的尺寸沿远离所述平面双极化辐射层的方向逐渐增大。
作为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线的改进，所述两条缝隙的形状均为工字型。
作为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线的改进，所述两条缝隙之间呈正交设置。
作为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线的改进，所述两条馈电走线电路围绕一中心呈90°周向间隔设置。
作为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线的改进，所述馈电走线电路包括接地共面波导、基片集成波导、微带线以及阻抗匹配过度线。
作为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线的改进，所述馈电层的厚度为0.127mm。
作为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线的改进，所述金属贴片为圆形。
作为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线的改进，所述平面双极化辐射层的厚度为0.254mm。
作为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线的改进，所述槽结构为矩形槽，各矩形槽通过刻蚀的方式形成于所在的石英基板上。
作为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线的改进，各石英基板的厚度均为0.254mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型基于石英基板工艺的光刻技术能支持到最低10um级的精度，因此能实现更复杂、更多维的结构设计，从而达到更高的技术指标。
天线和双极化馈电电路均用同种基板和工艺制造而成，采用平面化且具有高隔离度的馈电设计，双极化馈电在天线加工的同时也能够一体化加工其双极化馈电电路，避免了天线和馈电电路独立加工后的装配误差，极大程度降低了对性能的影响。
本天线具备设计简单、小型化、一体性强容易集成的特点。
本实用新型在不同环境下能保持稳定的工作性能，并且在馈电层预留了微带线走线端口，可以便于扩展为天线阵列以及通过批量刻蚀实现大规模量产。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型太赫兹宽带双极化喇叭天线一实施例的立体分解透视图；
图2为图1中馈电层和平面双极化辐射层的俯视图；
图3为馈电走线电路的结构示意图；
图4为图1中天线本体的层叠状态下的主视图。
具体实施方式
下面结合各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
本实用新型一实施例提供一种太赫兹宽带双极化喇叭天线，其通过将蚀刻了不同尺寸方形槽的石英基板进行纵向堆叠，并对空气槽内部进行覆铜处理，获得了高口径效率的喇叭天线。同时利用石英基板设计了具有高极化隔离度的太赫兹圆形贴片双极化激励器，替代了传统的金属空腔正交模耦合器，最终将双极化激励器和喇叭进一步堆叠获得了微带线馈电的太赫兹双极化喇叭天线。
如图1所示，本实施例的太赫兹宽带双极化喇叭天线包括依次层叠设置：馈电层10、平面双极化辐射层20以及天线本体30。
馈电层10与天线本体30均用同种基板和工艺制造而成，在天线加工的同时也能够一体化加工其双极化馈电电路，避免了天线和馈电电路独立加工后的装配误差，极大程度降低了对性能的影响。一个实施方式中，馈电层10每个阶梯层的厚度为0.127mm。
本实施例的太赫兹宽带双极化喇叭天线采取平面双极化激励器的形式进行馈电，通过宽带耦合缝隙进行能量耦合，并且获得具备良好端口和极化隔离度的效果，以微带形式作为能量的馈口能很方便后续进行阵列扩展以及电路走线。天线和电路能够一体式加工出来，增强了天线的一体性以及小型化实现。
配合参照图2所示，馈电层10、平面双极化辐射层20构成双极化激励器。馈电层10的上表面形成金属地板，金属地板上设置有两条缝隙11。两条缝隙11能以非常大的带宽将馈线上的能量耦合到平面双极化辐射层20的金属贴片上。其中，两条缝隙11的形状均为工字型，且两条缝隙11之间呈正交设置。一个实施方式中，工字形缝隙11长度为0.24mm，宽度0.08mm。
如图3所示，馈电层10的下表面为两条馈电走线电路。其中，两条馈电走线电路围绕一中心呈90°周向间隔设置。任一条馈电走线电路包括接地共面波导12、基片集成波导13、微带线14以及阻抗匹配过度线15。接地共面波导12用于引入便于探针台测试，基片集成波导13用于引入尽量减少电磁波的传输泄露损耗，微带线14用作电磁馈线的馈电。
一个实施方式中，微带线14线宽0.07mm，线长0.4mm。微带线14与基片集成波导13过渡线线长0.15mm，基片集成波导13长度0.96mm，阻抗匹配过度线15长度为0.15mm。
平面双极化辐射层20的上表面覆盖有金属贴片21，且金属贴片21位于两条缝隙11的上方。一个实施方式中，金属贴片21为圆形，该圆形金属贴片21的半径0.17mm。平面双极化辐射层20的厚度为0.254mm。
配合参照图4所示，天线本体30基于石英基板工艺的光刻技术能支持到最低10um级的精度，因此能实现更复杂、更多维的结构设计，从而达到更高的技术指标。
天线本体30包括依次层叠设置若干石英基板，任一石英基板上开设有槽结构，槽结构的内侧壁上覆盖有铜，各槽结构的尺寸沿远离平面双极化辐射层20的方向逐渐增大。槽结构为矩形槽，各矩形槽通过刻蚀的方式形成于所在的石英基板上。一个实施方式中，各石英基板的厚度均为0.254mm。
如此，各槽结构尺寸的变化同时也是从馈电端到辐射口径面阻抗的逐步匹配的过程。且刻蚀不同尺寸方槽的各石英基板堆叠在一起，内部覆铜，形成了有金属壁的台阶式角锥双极化角锥喇叭。
综上所述，本实用新型基于石英基板工艺的光刻技术能支持到最低10um级的精度，因此能实现更复杂、更多维的结构设计，从而达到更高的技术指标。天线和双极化馈电电路均用同种基板和工艺制造而成，在天线加工的同时也能够一体化加工其双极化馈电电路，避免了天线和馈电电路独立加工后的装配误差，极大程度降低了对性能的影响。本天线具备设计简单、小型化、一体性强容易集成的特点。本实用新型在不同环境下能保持稳定的工作性能，并且在馈电层预留了微带线走线端口，可以便于扩展为天线阵列以及通过批量刻蚀实现大规模量产。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，所述太赫兹宽带双极化喇叭天线包括依次层叠设置：馈电层、平面双极化辐射层以及天线本体；
所述馈电层的上表面形成金属地板，所述金属地板上设置有两条缝隙，所述馈电层的下表面为两条馈电走线电路；
所述平面双极化辐射层的上表面覆盖有金属贴片，且所述金属贴片位于所述两条缝隙的上方；
所述天线本体包括依次层叠设置若干石英基板，任一所述石英基板上开设有槽结构，所述槽结构的内侧壁上覆盖有铜，各槽结构的尺寸沿远离所述平面双极化辐射层的方向逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，所述两条缝隙的形状均为工字型。
3.根据权利要求1或2所述的太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，所述两条缝隙之间呈正交设置。
4.根据权利要求1所述的太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，所述两条馈电走线电路围绕一中心呈90°周向间隔设置。
5.根据权利要求1或4所述的太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，所述馈电走线电路包括接地共面波导、基片集成波导、微带线以及阻抗匹配过度线。
6.根据权利要求1所述的太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，所述馈电层的厚度为0.127mm。
7.根据权利要求1所述的太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，所述金属贴片为圆形。
8.根据权利要求1所述的太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，所述平面双极化辐射层的厚度为0.254mm。
9.根据权利要求1所述的太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，所述槽结构为矩形槽，各矩形槽通过刻蚀的方式形成于所在的石英基板上。
10.根据权利要求1所述的太赫兹宽带双极化喇叭天线，其特征在于，各石英基板的厚度均为0.254mm。
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Cited By (1)
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| CN116847268A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-10-03 | 河南工学院 | 一种太赫兹阶梯型喇叭分层电铸制造方法 |
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| CN116847268B (zh) * | 2023-08-31 | 2023-11-28 | 河南工学院 | 一种太赫兹阶梯型喇叭分层电铸制造方法 |
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