太赫兹发射天线系统技术方案

本发明专利技术涉及一种太赫兹发射天线系统，其特征在于，包括光导天线、透镜、主反射器、副反射器；所述光导天线用于产生太赫兹辐射波；所述透镜用于对所述太赫兹辐射波进行会聚，将会聚后的太赫兹辐射波作为发射天线的馈源；所述副反射器用于将汇聚后的太赫兹辐射波反射至主反射器；所述主反射器用于将经过副反射器反射的太赫兹波再次进行反射，形成太赫兹波束。本发明专利技术提供的太赫兹发射天线系统所形成的太赫兹波束可以实现高功率定向发射，能量损失小，发射效率高。

【技术实现步骤摘要】
太赫兹发射天线系统
本专利技术涉及太赫兹领域，特别是涉及一种太赫兹发射天线系统。
技术介绍
太赫兹发射天线的研究可以大致分为两类，一类是波长尺度的太赫兹辐射源结构，用于将辐射能量从自由空间耦合到亚波长尺度的发射器中；另一类是成百上千倍波长尺度的口径面天线，用于聚集信号然后对波束赋形或聚焦。太赫兹辐射源的产生存在很大技术难度，这也是太赫兹频段长期以来未被人们充分研究的原因。太赫兹源产生可以由量子级联激光器、IMPATT二极管、电光整流、光导天线等技术实现，但目前的太赫兹源辐射功率偏小。2013年12月，英国利兹大学成功研制出功率超过1瓦特的量子级联激光器太赫兹源，打破了此前奥地利维也纳技术大学和麻省理工学院的世界纪录。由于太赫兹源功率偏小，所以研制高效的定向发射天线意义重大。传统的反射面太赫兹系统在天线进行扫描时会产生像差，成像的范围受到限制。太赫兹抛物面反射面天线的馈源通常是借用微波技术中的喇叭天线作为馈源，基本采用微波倍频的手段从电学角度实现低频太赫兹馈源，存在方向性低、传输线噪声高等缺点。
技术实现思路
基于此，有必要针对太赫兹抛物面反射面天线的馈源存在方向性低、传输线噪声高等问题，提供一种太赫兹发射天线系统。一种太赫兹发射天线系统，包括光导天线、透镜、主反射器、副反射器；所述光导天线用于产生太赫兹辐射波；所述透镜用于对所述太赫兹辐射波进行会聚，将会聚后的太赫兹辐射波作为发射天线的馈源；所述副反射器用于将汇聚后的太赫兹辐射波反射至主反射器；所述主反射器用于将经过副反射器反射的太赫兹波再次进行反射，形成太赫兹波束。上述太赫兹发射天线系统，包括光导天线、透镜、主反射器、副反射器。以光导天线与透镜的组合会聚后的太赫兹辐射波作为发射天线的馈源，所形成的太赫兹波束具有高方向性、传输线噪声小、口面场分布均匀的优点，并且上述太赫兹发射天线系统设计灵活、发射效率高。在其中一个实施例中，所述主反射器为抛物面结构，所述副反射器为双曲面结构，且主反射器与副反射器弯曲方向相同。在其中一个实施例中，所述主反射器抛物面直径为：其中，G为太赫兹发射天线增益，D为主反射器直径抛物面直径，λ为太赫兹波长，g为太赫兹卡塞格伦定向发射天线的增益因子。在其中一个实施例中，所述副反射器双曲面直径为主反射器直径的0.11-0.18倍。在其中一个实施例中，所述主反射器与所述副反射器同轴设置，所述主反射器焦点与副反射器实焦点重合。在其中一个实施例中，所述透镜设置于所述副反射器双曲面的虚焦点处。在其中一个实施例中，所述光导天线靠近所述透镜设置，所述光导天线与所述透镜之间的距离为0-0.04mm。在其中一个实施例中，所述透镜的材质为硅。在其中一个实施例中，所述硅折射率为3.418，临界辐射角为45度。在其中一个实施例中，所述光导天线通过馈电转接集成模块与金属电极连接。附图说明图1为本专利技术实施例提供的太赫兹发射天线系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的太赫兹发射天线系统工作原理示意图；图3为本专利技术实施例提供的副反射器旋转双曲面与天线增益的关系图；图4为本专利技术实施例提供的副反射器双曲面焦距与光导天线整体增益的关系图；图5为本专利技术实施例提供的光导天线到透镜距离与天线增益的关系图；图6为本专利技术实施例提供的透镜半径与光导天线增益图；图7为本专利技术实施例提供的透镜半径分别为0.45mm、0.5mm和1.5mm时馈源的三维方向图；图8为本专利技术实施例提供的辐射增益三维方向图；图9为本专利技术实施例提供的仿真波瓣图；图10为本专利技术实施例提供的太赫兹发射天线系统结构位置关系图。其中：100-光导天线；200-透镜；300-主反射器；400-副反射器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术的太赫兹发射天线系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1与图2，本专利技术一个实施例，提供一种太赫兹发射天线系统，包括光导天线100、透镜200、主反射器300、副反射器400。所述光导天线100用于产生太赫兹辐射波；所述透镜200用于对所述太赫兹辐射波进行会聚，将会聚后的太赫兹辐射波作为发射天线的馈源；所述副反射器400用于将汇聚后的太赫兹辐射波反射至主反射器300；所述主反射器300用于将经过副反射器400反射的太赫兹波再次进行反射，形成太赫兹波束。其中，所述光导天线100通过馈电转接集成模块与金属电极连接。具体地，太赫兹发射天线系统可利用飞秒激光器产生的飞秒激光脉冲，激发光导天线100产生太赫兹辐射波。硅质衬底透镜200对太赫兹辐射波进行会聚，将会聚后的太赫兹辐射波作为发射天线的馈源。馈源辐射的太赫兹辐射波为球面波，球面波经过副反射器400反射至主反射器300，主反射器300将经过副反射器400反射的太赫兹波再次进行反射，在主反射器300的前方形成较强的太赫兹波束。馈源分布在副反射器400的虚焦点处，缩短了馈线的长度，可以有效减少由传输线引入的噪声，并且太赫兹波束方向性高，同时也更加便于安装。本实施例提供的太赫兹发射天线系统，通过光导天线100与透镜200的组合会聚后的太赫兹辐射波作为发射天线的馈源，所形成的太赫兹波束可以实现高功率定向发射，能量损失小，发射效率高。其中一个实施例中，请参阅图2，所述主反射器300为抛物面结构，所述副反射器400为双曲面结构，且主反射器300与副反射器400弯曲方向相同。具体地，可以采用铝制旋转抛物面作为主反射器300，铝制旋转双曲面作为副反射器400。进一步地，馈源置于副反射器400的双曲面结构的虚焦点F2上，馈源辐射处的太赫兹球面波，经过副反射器400双曲面结构的反射后，可以看做是从主反射器300抛物面结构的焦点F1，也即副反射器400双曲面结构的实焦点F1发出的另一个太赫兹球面波，然后投射到主反射器300的抛物面结构上。其中一个实施例中，所述主反射器300的抛物面结构直径为：其中，G为太赫兹发射天线增益，D为主反射器300的抛物面结构的直径，λ为太赫兹波长，g为光导天线100的增益因子。副反射器400双曲面直径为主反射器300直径的0.11-0.18倍，其中，副反射器400的直径选取要兼顾能量截获多、遮挡小，需要根据实际情况来优化选取，通过经验值可以得到双曲面的直径为d介于0.11D到0.18D之间。其中一个实施例，所述主反射器300与所述副反射器400同轴设置，所述主反射器300焦点与副反射器400实焦点重合。进一步地，所述馈源设置于所述副反射器400双曲面的虚焦点处。其中，主反射器300为抛物面结构，抛物面焦距为f，由公式可以得到抛物面焦距为f的值。其中，ψ0为抛物面主反射器300半张角。副反射器400为双曲面结构，双曲面的焦距为fc，由确定双曲面的焦距fc其中为双曲面副反射器400半张角。具体的，请一并参阅图3，副反射器400可以为旋转双曲面结构，其中旋转双曲面直径需要权衡能量多和遮挡小来选择。双曲面的参数方程为：其中，u,v是参数，u的范围0～1.2mm，v的范围是0～2π，dis是供调节以保证双曲面与抛物面焦点重合的位移量。双曲面离心率为e，焦距为fc，a和b的值与离心率e和焦距fc相关。离心率e可以由公式：得出，a的值可由公式：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹发射天线系统，其特征在于，包括光导天线、透镜、主反射器、副反射器；所述光导天线用于产生太赫兹辐射波；所述透镜用于对所述太赫兹辐射波进行会聚，将会聚后的太赫兹辐射波作为发射天线的馈源；所述副反射器用于将汇聚后的太赫兹辐射波反射至主反射器；所述主反射器用于将经过副反射器反射的太赫兹波再次进行反射，形成太赫兹波束。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹发射天线系统，其特征在于，包括光导天线、透镜、主反射器、副反射器；所述光导天线用于产生太赫兹辐射波；所述透镜用于对所述太赫兹辐射波进行会聚，将会聚后的太赫兹辐射波作为发射天线的馈源；所述副反射器用于将汇聚后的太赫兹辐射波反射至主反射器；所述主反射器用于将经过副反射器反射的太赫兹波再次进行反射，形成太赫兹波束。2.根据权利要求1所述的太赫兹发射天线系统，其特征在于，所述主反射器为抛物面结构，所述副反射器为双曲面结构，且主反射器与副反射器弯曲方向相同。3.根据权利要求2所述的太赫兹发射天线系统，其特征在于，所述主反射器抛物面直径为：其中，G为太赫兹发射天线增益，D为主反射器直径抛物面直径，λ为太赫兹波长，g为太赫兹卡塞格伦定向发射天线的增益因子。4.根据权利要求3所述的太赫兹发射天线系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑小平，苏云鹏，邓晓娇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11