基于二极管的太赫兹平面独立电控天线制造技术

基于二极管的太赫兹平面独立电控天线，属于电磁波传输功能器件技术领域，本发明专利技术包括底面设置有金属层的介质基板，在介质基板的顶面设置有以8

【技术实现步骤摘要】
基于二极管的太赫兹平面独立电控天线


[0001]本专利技术属于电磁波传输功能器件
，具体涉及一种基于二极管的太赫兹平面独立电控天线。

技术介绍

[0002]从天线理论上讲，传统相控天线阵列通常是指产生无线电波束的天线阵列通过电子方式指向不同方向，而无需移动天线。在相控天线阵列中，来自发射机的射频电流以正确的相位关系被馈送到各个天线，从而使来自独立天线的无线电波加在一起以增加沿期望方向的辐射，同时抵消和抑制不希望方向的辐射。在传统相控天线阵列中，来自发射机的功率通过由处理器控制的移相器馈送到天线，移相器通过电子方式改变相位，从而将无线电波束转向不同的方向。
[0003]2014年有学者提出了编码超材料的概念，设计了一种可独立控制的移相器谐振结构，在8.6GHz实现相位差约为180
°
。传统的相控阵天线依赖于移相器来实现单元结构相位的变化，以此来实现波束的扫描与控制，但是对于相控阵列来说，移相器的存在使得相控阵成本非常高。因此编码超材料实现了对电磁波的直接调制，这为波束控制以及扫描提供了新的方向，同时也大大减少设备体积重量。而单元可独立控制意味着可以通过控制超表面阵列中不同单元的状态实现不同的功能，对超表面阵列进行编码操作，从而实现电磁波的数字调节和实时调节。之后，许多学者对超材料的独立控制也进行了深入的研究。
[0004]但是，关于太赫兹频带中的三维波束控制的研究很少。由于受限于尺寸以及加工工艺，主要困难是要在不进行单元打金属通孔的情况下实现对每个谐振单元状态的独立编码控制。并且，如图7和8所示，图7是微波频段二极管结构的等效示意图，微波频段使用的二极管是平面导通和断开结构，图8是太赫兹频段二极管结构的等效示意图，太赫兹频段使用的二极管是竖向导通和断开结构，如果在太赫兹频段直接套用微波频段的天线结构，第一是很多结构受限于尺寸以及加工工艺不能实现，第二是微波频段适用于横向断开二极管结构的天线结构对于竖向断开的太赫兹二极管并不能产生响应，二极管状态的改变不会激起单元谐振状态的改变，第三是太赫兹频段波长短尺寸小，二极管的尺寸相对于太赫兹天线单元很大，二极管不仅会由于开关状态的变化改变天线单元的谐振状态，二极管自身的结构谐振也需要一共考虑到结构设计之中。多方面困难之下，业内关于太赫兹频带中电磁波的三维编码调制的研究很少。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，提出一种基于二极管的太赫兹平面独立电控天线，天线单元能够独立的受电压控制改变单元反射波的相移状态，实现整体的小型化。
[0006]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，基于二极管的太赫兹平面独立电控天线，其特征在于，包括底面设置有金属层3的介质基板2，其特征在于，
[0007]在介质基板2的顶面设置有以8
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8正交阵列排布的64个天线贴片单元；
[0008]每个天线贴片单元结构相同，天线贴片单元包括上下两个类十字型金属贴片，上下两个类十字型金属贴片构成轴对称关系，分别称为上贴片和下贴片，对称轴方向为正交阵列的行线方向；
[0009]所述类十字型金属贴片包括中心区域、横臂和纵臂；横臂设置有电压控制线，纵臂包括长臂和短臂，长臂由矩形部分和梯形部分组成；
[0010]同一天线贴片单元中，两个类十字型金属贴片的长臂通过一个开关二极管连接；
[0011]阵列的同一行中，各天线贴片单元的下贴片的电压控制线沿行线方向依次串联，上贴片的电压控制线分别引出。
[0012]进一步的，所述天线贴片单元还具有第二对称轴，所述第二对称轴的方向为列线方向。
[0013]金属层、介质基板和天线贴片单元重叠设置，构成天线单元。
[0014]本专利技术的有益效果在于：
[0015]1)基于二极管的太赫兹平面独立电控天线，基本单元结构随着加载在上面电控二极管状态的改变而发生相移，而不是像传统相控阵天线那样依靠加载在天线背后的移相器实现相位移的改变，这样大大减少了阵列天线结构的尺寸，重量，占地面积要求；
[0016]2)基于二极管的太赫兹平面独立电控天线，阵列中每个单元中二极管的阳极电压都通过电压控制线引出，整个阵列实现了每个单元反射相移状态的独立控制，本专利技术的设计方案规避了金属打孔，工艺流程简单，实现难度小；
[0017]3)基于二极管的太赫兹平面独立电控天线，基本单元实现了在使用太赫兹频段竖向断开二极管的情况下保证了单元对反射波的调制效果，克服了在传统微波天线结构在太赫兹频段没有效果的困难；
[0018]4)基于二极管的太赫兹平面独立电控天线，基本单元实现了可以在单元结构内使用超规格二极管，最大可接受的开关二极管尺寸接近单元尺寸的一半。
附图说明
[0019]图1是天线单元的正面金属结构示意图；
[0020]图2是天线单元的正面加二极管示意图；
[0021]图3是本专利技术的侧视方向的结构示意图；
[0022]图4是一组(4个)天线单元平面走线结构示意图；
[0023]图5是一行天线单元平面走线结构示意图；
[0024]图6是独立电控天线阵列结构示意图；
[0025]图7是微波频段二极管结构示意图；
[0026]图8是太赫兹频段二极管结构示意图；
[0027]图9是基于二极管的太赫兹平面独立电控天线单元仿真计算结果曲线图；
[0028]图10是基于二极管的太赫兹平面独立电控天线单元实验测试结果曲线图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提出了一种基于二极管的太赫兹平面独立电控天线，由8*8个以正交式阵列排布的天线单元构成，每个天线单元结构相同，独立地受电压控制改变相移状态。
[0030]本专利技术的天线单元由重叠设置的金属层、介质基板和天线贴片单元构成，天线贴片单元包括上部类十字型金属贴片11和下部类十字型金属贴片12，两个金属贴片构成中心对称关系，开关二极管4的阳极和阴极分别连接上部类十字型金属贴片11和下部类十字型金属贴片12；介质基层2的材料为石英。
[0031]开关二极管4为太赫兹波段GaAs二极管，本专利技术设计的基本单元结构可以响应竖向导通和断开的开关二极管，最大可接受的开关二极管4的尺寸接近单元尺寸的一半。
[0032]四个电控天线单元组成一组控制控制子阵，第一金属电压控制线5、第二金属电压控制线6、第三金属电压控制线7和第四金属电压控制线8分别连接到四个基本单元的上部类十字型金属贴片11上，第五金属电压控制线9把四个基本单元的下部类十字型金属贴片12都连接到了一起，所有的下部类十字型金属贴片12连接到开关二极管4的阴极提供接地电压。
[0033]进一步的，正方形天线单元的边长a＝600μm，介质基层2的厚度d＝300μm，类十字型金属贴片1的尺寸b＝150μm、k＝60μm、l＝220μm、m＝240μm、n＝140μm、t＝70μm，开关二极管4的尺寸为160
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60μm，两个对称类十字型金属贴片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于二极管的太赫兹平面独立电控天线，其特征在于，包括底面设置有金属层(3)的介质基板(2)，其特征在于，在介质基板(2)的顶面设置有以8
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8正交阵列排布的64个天线贴片单元；每个天线贴片单元结构相同，天线贴片单元包括上部类十字型金属贴片和下部类十字型金属贴片，两个金属贴片构成中心对称关系；所述类十字型金属贴片包括中心区域、横臂和纵臂；横臂设置有电压控制线，纵臂包括长臂和短臂，长臂由矩形部分和梯形部分组成；同一天线贴片单元中，两个类十字型...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰峰，宋天阳，潘一博，杨梓强，张雅鑫，史宗君，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：