RU202634U1 - Низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона - Google Patents
Низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона Download PDFInfo
- Publication number
- RU202634U1 RU202634U1 RU2020112082U RU2020112082U RU202634U1 RU 202634 U1 RU202634 U1 RU 202634U1 RU 2020112082 U RU2020112082 U RU 2020112082U RU 2020112082 U RU2020112082 U RU 2020112082U RU 202634 U1 RU202634 U1 RU 202634U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particle
- range
- antenna
- radiation
- dielectric
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к радиотехнике, а именно - к антенной технике, и может быть использована как в виде самостоятельной антенны, так и для беспроводных линий связи терагерцового диапазона длин волн малой дальности.Задачей настоящей полезной модели является уменьшение продольных размеров антенны и обеспечение легкого сочленения с открытым концом волновода.Указанная задача достигается тем, что низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона состоит из тонкостенного металлического волновода с открытым торцом, к которому присоединена своим плоским основанием диэлектрическая мезочастица с характерным размером, выбираемым порядка nλ, где n=1, 2, …, λ - длина волны излучения в свободном пространстве, имеющая форму кубоида и выполненная из материала с коэффициентом преломления, выбираемым в диапазоне от 1,2 до 1,7, согласно полезной модели, непосредственно на боковой поверхности частицы перпендикулярно падающему излучению установлен металлический экран на расстоянии от освещенного торца частицы, находящегося в диапазоне от L/2 до L, где L - длина частицы вдоль направления падения на нее излучения, при этом экран своим вторым концом закреплен на внешней поверхности волновода. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к радиотехнике, а точнее - к антенной технике, и может быть использована как в виде самостоятельной антенны, так и для беспроводных линий связи терагерцового диапазона длин волн малой дальности.
В настоящее время интенсивно развиваются устройства на основе терагерцовых (ТГц) волн (>0,1 ТГц) для различных применений в высокоскоростной и высокоемкой беспроволочной связи. В частности, частоты в диапазоне 252-325 ГГц были выделены новым IEEE 802.15.3 d стандартом [IEEE Standard for High Data Rate Wireless Multi-Media Networks Amendment 2: 100 Gbps Wireless Switched Point-to-Point Physical Layer, "IEEE-SA Standards Board Std.] для будущих беспроводных сетей связи. ТГц волны используются и для связи на короткие расстояния [Y. Nakasha, S. Shiba, Y. Kawano, and Т. Takahashi, "Compact Terahertz Receiver for Short-range Wireless Communications of Tens of Gbps" Fujitsu scientific & technical journal 53(2):9-14, Feb. 2017; Ho-Jin Song, Takuro Tajima, Makoto Yaita, Osamu Kagami. Recent progress on terahertz communications at 300 GHz for practical short-range applications // Conference: 2014 XXXIth URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS), DOI: 10.1109/URSIGASS.2014.6929495].
В системах беспроводной связи антенны являются ключевым элементом для увеличения дальности передачи информации.
Известны устройства антенн в терагерцовом диапазоне длин волн на основе рупора, которые обеспечивают возможность работы в широкой полосе частот, легкого соединения с волноводом, и умеренный коэффициент усиления [S. Hisatake, М. Fujita, Н.Н. Nguyen Pham, K Tsuruda, S. Kuwano, J. Terada, "Millimeter-Wave and Terahertz-Wave Applications Enabled by Photonics," IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 52, Issue 1, Dec. 2015; T. Nagatsuma, S. Horiguchi, Y. Minamikata, Y. Yoshimizu, S. Hisatake, S. Kuwano, N. Yoshimoto, J. Terada, and H. Takahashi, "Terahertz wireless communications based on photonics technologies," Optics Express, vol. 21, No. 20, pp. 23736-23747, 2013; T. Tajima, H. Song, and M. Yaita, "300-GHz microstrip-to-waveguide transition on a polyimide substrate integrated with an LTCC substrate integrated waveguide," IEICE Transactions on Electronics, vol. E98.C, No. 12, pp. 1120-1127, 2015; T. Tajima, H. Song, K. Ajito, M. Yaita, and N. Kukutsu "300 GHz Step profile d Corrugated Horn Antennas Integrated in LTCC," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, No. 11, pp. 5437-5444, Aug. 2014].
Недостатками антенн на основе рупора являются их большие габариты, низкий коэффициент усиления и низкая электромагнитная совместимость из-за наличия в конструкции металлических деталей.
Рупорные антенны применяются в качестве облучателей линзовых антенн в линиях передачи терагерцового диапазона длин волн [Tadao Nagatsuma, Shintaro Hisatake, Masayuki Fujita, Hai Huy Nguyen Pham, Kazuisao Tsuruda, Shigeru Kuwano, and Jun Terada. Millimeter-Wave and Terahertz-Wave Applications Enabled by Photonics // IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 52, No. 1, January 2016; Tadao Nagatsuma, Shogo Horiguchi, Yusuke Minamikata, Yasuyuki Yoshimizu, Shintaro Hisatake, Shigeru Kuwano, Naoto Yoshimoto, Jun Terada and Hiroyuki Takahashi. Terahertz wireless communications based on photonics technologies // OPTICS EXPRESS 23738, 7 October 2013, Vol. 21, No. 20, DOI:10.1364/OE.21.023736].
В качестве прототипа выбрана мезоразмерная диэлектрическая антенна по патенту РФ №174536, состоящая из тонкостенного металлического волновода с открытым торцом к которому присоединена своим плоским основанием диэлектрическая мезочастица с характерным размером, выбираемым порядка nλ, где n=1, 2, …, λ - длина волны излучения в свободном пространстве, имеющая форму кубоида и выполненная из материала с коэффициентом преломления, выбираемым в диапазоне от 1,2 до 1,7.
Работа мезоразмерной диэлектрической антенны основана на эффекте формирования тераджет [V. М. Beruete, I.V. Minin, and О.V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids, // Applied Physics Letters, vol. 105, No. 8, Aug. 2014; H.H. Nguyen Pham, S. Hisatake, I.V. Minin, O.V. Minin, T. Nagatsuma. Three-dimensional direct observation of Gouy phase shift in a terajet produced by a dielectric cuboid // Applied Physics Letters, 108(19) 2016], являющегося аналогом эффекта фотонной струи в оптике.
Достоинством мезоразмерной диэлектрической антенны является больший коэффициент усиления, чем у эквивалентной по размеру рупорной антенны.
Недостатком устройства антенны является ее большие продольные габариты и сложность соединения с открытым концом волновода.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанного недостатка, а именно уменьшение продольных размеров антенны и обеспечение легкого сочленения с открытым концом волновода.
Указанная задача достигается тем, что низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона, состоит из тонкостенного металлического волновода с открытым торцом, к которому присоединена своим плоским основанием диэлектрическая мезочастица с характерным размером, выбираемым порядка nλ, где n=1, 2, …, λ - длина волны излучения в свободном пространстве, имеющая форму кубоида и выполненная из материала с коэффициентом преломления, выбираемым в диапазоне от 1,2 до 1,7, согласно полезной модели непосредственно на боковой поверхности частицы, перпендикулярно падающему излучению, установлен металлический экран, на расстоянии от освещенного торца частицы, находящегося в диапазоне от L/2 до L, где L - длина частицы вдоль направления падения на нее излучения, при этом экран своим вторым концом закреплен на внешней поверхности волновода.
Заявляемая низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня техники для изделий подобного назначения и неизвестных из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки на полезную модель.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана схема низкопрофильной диэлектрической антенны терагерцового диапазона.
На фиг. 2 показаны результаты моделирования зависимости положения формирования тераджет от положения металлического экрана на боковой поверхности диэлектрической частицы без изменения контраста показателя преломления.
Обозначения: 1 - волновод, 2 - металлический экран, 3 - металлический экран, 3 - мезоразмерный диэлектрический кубоид, 4 - область повышенной интенсивности электромагнитного излучения (тераджет).
Экспериментальные исследования проводились в диапазоне 0,3 ТГц, размеры диэлектрической частицы в форме куба равнялись длине волны излучения λ, коэффициент преломления материала частицы равен 1,45-1,46, толщина металлического экрана порядка 0,1-0,3λ. Мезоразмерная диэлектрическая частица изготавливалась методом фрезерования на станке с числовым программным управлением. В качестве материала экрана использовалась медная фольга.
В результате моделирования падения плоской волны на мезоразмерный диэлектрический кубоид, окруженный металлическим экраном, показано, что положение металлического экрана оказывает влияние на пространственное расположение тераджет. Установлено, что при расположении экрана непосредственно на боковой поверхности частицы, перпендикулярно падающему излучению, на расстоянии от освещенного торца частицы, находящегося в диапазоне от L/2 до L, где L - длина частицы вдоль направления падения на нее излучения, при смещении экрана в сторону освещенной поверхности кубоида примерно наполовину толщины кубоида, формируемая область повышенной интенсивности электромагнитного излучения смещается за экраном, при этом увеличивается протяженность области фокусировки.
При уменьшении толщины диэлектрического кубоида в два раза, положение экрана окажется примерно на его теневой границе, и область повышенной интенсивности электромагнитного поля формируется непосредственно за теневой границей кубоидной частицы.
При этом экран своим вторым концом может быть закреплен на внешней поверхности волновода, что обеспечивает легкость соединения низкопрофильной диэлектрической антенны открытым концом волновода.
Работа низкопрофильной диэлектрической антенны терагерцового диапазона устройства происходит следующим образом. Падающее на мезоразмерный диэлектрический кубоид 3 электромагнитное излучение в результате интерференции волн на частице и металлическом экране 2, расположенном непосредственно на боковой поверхности диэлектрической частицы 3, формирует область повышенной интенсивности электромагнитного излучения 4 внутри волновода 1. При изменении положения металлического экрана 2 вдоль боковой поверхности диэлектрической частицы 3 изменяются условия интерференции волн, и пространственное положение области повышенной интенсивности электромагнитного излучения 4 изменяется. Внешний конец экрана 2 закреплен на внешней поверхности волновода 1.
В результате экспериментальных исследований низкопрофильной диэлектрической антенны было установлено, что полная ширина диаграммы направленности, измеренная на полувысоте в Е-плоскости и Н-плоскости равна соответственно 23° и 24°. Усиление антенны составило 15,5 дБи на частоте 0,3 ТГц.
Достигаемый в такой конструкции низкопрофильной диэлектрической антенны терагерцового диапазона технический результат заключается в уменьшении продольных габаритов антенны до двух раз и обеспечении герметичности открытого конца волновода.
Claims (1)
- Низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона, содержащая тонкостенный металлический волновод с открытым торцом, к которому присоединена своим плоским основанием диэлектрическая мезочастица с характерным размером, выбираемым порядка nλ, где n=1, 2, …, λ - длина волны излучения в свободном пространстве, имеющая форму кубоида и выполненная из материала с коэффициентом преломления, выбираемым в диапазоне от 1,2 до 1,7, отличающаяся тем, что непосредственно на боковой поверхности частицы, перпендикулярно падающему излучению, установлен металлический экран, на расстоянии от освещенного торца частицы, находящегося в диапазоне от L/2 до L, где L - длина частицы вдоль направления падения на нее излучения, при этом экран своим вторым концом закреплен на внешней поверхности волновода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112082U RU202634U1 (ru) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | Низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112082U RU202634U1 (ru) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | Низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU202634U1 true RU202634U1 (ru) | 2021-03-01 |
Family
ID=74857226
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020112082U RU202634U1 (ru) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | Низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU202634U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2801070C1 (ru) * | 2023-03-07 | 2023-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Сибирский государственный университет геосистем и технологий | Модуль низкопрофильной фазированной антенной решетки с мезоразмерными диэлектрическими частицами |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6590544B1 (en) * | 1998-09-01 | 2003-07-08 | Qualcomm, Inc. | Dielectric lens assembly for a feed antenna |
EP0933833B1 (de) * | 1998-01-30 | 2003-11-19 | EADS Astrium GmbH | Hohlleiterstrahler |
RU2528243C2 (ru) * | 2009-06-03 | 2014-09-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Антенна терагерцового частотного диапазона |
RU174536U1 (ru) * | 2017-03-30 | 2017-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Волноводный излучатель |
CN208284619U (zh) * | 2018-03-28 | 2018-12-25 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种太赫兹天线结构及包括该天线结构的辐射源和探测器 |
-
2020
- 2020-03-23 RU RU2020112082U patent/RU202634U1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0933833B1 (de) * | 1998-01-30 | 2003-11-19 | EADS Astrium GmbH | Hohlleiterstrahler |
US6590544B1 (en) * | 1998-09-01 | 2003-07-08 | Qualcomm, Inc. | Dielectric lens assembly for a feed antenna |
RU2528243C2 (ru) * | 2009-06-03 | 2014-09-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Антенна терагерцового частотного диапазона |
RU174536U1 (ru) * | 2017-03-30 | 2017-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Волноводный излучатель |
CN208284619U (zh) * | 2018-03-28 | 2018-12-25 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种太赫兹天线结构及包括该天线结构的辐射源和探测器 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2801070C1 (ru) * | 2023-03-07 | 2023-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Сибирский государственный университет геосистем и технологий | Модуль низкопрофильной фазированной антенной решетки с мезоразмерными диэлектрическими частицами |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
He et al. | An overview of terahertz antennas | |
Alibakhshikenari et al. | Study on on-chip antenna design based on metamaterial-inspired and substrate-integrated waveguide properties for millimetre-wave and THz integrated-circuit applications | |
Zheng et al. | Transversely slotted SIW leaky-wave antenna featuring rapid beam-scanning for millimeter-wave applications | |
Wang et al. | Key technologies in 6G terahertz wireless communication systems: A survey | |
Mao et al. | Multi-band polarization-insensitive metamaterial absorber based on Chinese ancient coin-shaped structures | |
CN103474733B (zh) | 微带波导双探针过渡结构 | |
Cheng et al. | A compact vivaldi antenna with artificial material lens and sidelobe suppressor for GPR applications | |
EP3333979B1 (en) | Sheet-type metamaterial and sheet-type lens | |
Zhong et al. | 45° linearly polarized and circularly polarized high-scanning-rate leaky-wave antennas based on slotted substrate integrated waveguide | |
Liu et al. | A high gain and directivity bow tie antenna based on single-negative metamaterial | |
Geiger et al. | A dielectric lens antenna fed by a flexible dielectric waveguide at 160 GHz | |
CN109216843A (zh) | 基于螺旋形金属臂的人工局域表面等离激元耦合的传输线 | |
Zeng et al. | A three-dimensional Linear-to-Circular polarization converter tailored by the gravity field | |
RU202634U1 (ru) | Низкопрофильная диэлектрическая антенна терагерцового диапазона | |
Bergmann et al. | An omnidirectional ADE reflector antenna | |
Shen et al. | Integrated mode composite transmission line | |
US11611149B2 (en) | Leaky-wave antenna | |
Lavadiya et al. | Terahertz antenna: fundamentals, types, fabrication, and future scope | |
Singh et al. | Terahertz antennas for future communications | |
Mustacchio et al. | W-Band On-chip Monopole Antenna in Standard 0.13 µm SiGe BiCMOS Technology | |
Li et al. | Dual-polarized Fixed-frequency Beam Scanning Leaky-wave Antenna for 5G Communication. | |
Pander et al. | Excitation of resonances in planar metamaterials at a two-layer dielectric interface for substrate integrated electronics | |
CN204086728U (zh) | 一种带空气隙锥形渐变导波结构的太赫兹电场增强器 | |
Abdulbaki et al. | DESIGN OF NOVEL SSR BASED OCTAGONAL SHAPE RADIATOR FOR TERAHERTZ APPLICATION | |
Verma et al. | A Review of Metamaterial Absorber and its Absorption Techniques |