一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置制造方法及图纸

本发明专利技术设计了一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置，包括天线辐射臂、介质基板、天线馈电结构、介质透镜；天线辐射臂用于传输行波电流并形成电磁辐射，实现信号从导波结构到自由空间的无线传输；介质基板的中间层用于支撑两侧的天线辐射臂，上下层介质基板起封装保护作用。馈电结构用于实现宽带馈电效果，同时使天线便于和太赫兹光电二极管形成平面集成。介质透镜用于对天线辐射能量的汇聚，使天线辐射方向图的定向性更好，提高该天线装置整体的增益。上述提出的太赫兹天线装置，采用接地共面波导到微带线的过渡馈电结构，不仅能实现天线的宽带化设计，而且该平面结构易于和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管形成集成。电二极管形成集成。电二极管形成集成。

【技术实现步骤摘要】
一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置


[0001]本申请涉及太赫兹天线和通信
，尤其是一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置。

技术介绍

[0002]通信数据量需求的激增对通信系统的容量及速率都提出更高的需求，超宽带太赫兹通信成为解决问题的重要技术。太赫兹天线作为通信系统中的关键器件之一，其性能好坏直接影响系统的通信容量和质量。由于太赫兹通信带宽很宽、通信路径损耗大，系统对天线的带宽及增益提出了更高的设计要求，所以超宽带高增益的天线性能至关重要。此外，随着通信系统的集成化程度越来越高，天线与收发前端的集成也是必然趋势，因此，超宽带、高增益且易于集成的太赫兹天线结构意义重大。

技术实现思路

[0003]基于上述背景，本申请公开了一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置。本专利技术提出的天线是一种新型平面结构的对跖Vivaldi天线，其工作在太赫兹频段，且具有超宽带高增益特性。
[0004]具体的，本专利技术首先提供了一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置，其包括：天线辐射臂、天线馈电结构、介质透镜、以及三层结构的介质基板；所述的天线辐射臂分成两部分，分别位于中间层介质基板的上下两侧，所述的天线馈电结构位于远离天线辐射臂形成开口的一侧，介质透镜放置于天线端射方向上距离天线一定位置处；
[0005]所述天线辐射臂，用于传输行波电流并形成电磁辐射；其位于中间层介质基板两侧的曲线结构形成了渐变槽形状，使电流在天线上传导时形成辐射信号；
[0006]所述天线馈电结构用于实现超宽带馈电效果，同时使天线辐射臂和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管形成集成；
[0007]所述介质透镜用于对天线辐射能量的汇聚，使天线辐射方向图的定向性更好，提高该天线装置整体的增益；
[0008]在所述三层结构的介质基板中，中间层介质基板用于固定天线辐射臂部分，上下两层介质基板材质相同且位于中间层的上下两侧，起到封装保护作用。
[0009]作为本专利技术的优选方案，天线辐射臂由位于中间层介质基板上下面的两块金属贴片组成，两块金属贴片关于中间层介质基板短边的中轴线对称；
[0010]所述金属贴片开槽线沿天线端射方向呈指数渐变规律；指数曲线是为了实现渐变形状，其他能实现渐变形状的曲线也可以。
[0011]所述金属贴片在其开槽曲线所形成面的一侧边缘加载了椭圆形贴片边缘。
[0012]作为本专利技术的优选方案，天线馈电结构由接地共面波导、微带线、平行双线三部分级联构成；
[0013]所述接地共面波导结构用于实现和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管
集成；
[0014]所述的微带线和平行双线形成渐变的传输线结构实现宽带馈电效果。
[0015]作为本专利技术的优选方案，介质透镜的形状由一个半球体和一段圆柱体共同构成，透镜距离天线辐射口径面设定距离。
[0016]作为本专利技术的优选方案，该天线装置可与光电二极管集成，中间层介质基板材质与太赫兹光电二极管的生长衬底材质一致，上下层介质基板对中间层及天线起封装保护作用。
[0017]作为本专利技术的优选方案，所述天线馈电结构中，接地共面波导采用两侧开孔。
[0018]作为本专利技术的优选方案，所述介质透镜中延拓的圆柱高度和半球体半径为0.36。
[0019]作为本专利技术的优选方案，中间层介质基板由长方体和与长方体共面且具有相同厚度的半椭圆引向结构组成。
[0020]与现有技术相比，本专利技术所述的天线装置包括天线辐射臂部分、介质基板、馈电结构、介质透镜。所述的天线辐射臂分为两部分，分别位于中间层介质基板的两侧；对跖结构的辐射臂形成了渐变开槽，用于传输行波电流并形成电磁辐射，实现信号从导波结构到自由空间的无线传输。所述的天线介质基板其中间层用于支撑位于两侧的天线辐射臂，且中间介质层为InP，与太赫兹光电二极管衬底材料一致；上下层介质基板起封装保护作用。所述的天线馈电结构由接地共面波导、微带线、平行双线三部分级联构成，用于实现宽带馈电效果，同时使天线便于和太赫兹光电二极管形成平面集成。所述的介质透镜用于对天线辐射能量的汇聚，使天线辐射方向图的定向性更好，提高该天线装置整体的增益。上述提出的超宽带太赫兹天线装置，采用接地共面波导到微带线的过渡馈电结构，不仅能实现天线的宽带化设计，而且其结构易于和光电太赫兹通信系统的发射前端集成。
附图说明
[0021]图1是一种超宽带高增益太赫兹通信天线装置的三维结构示意图；
[0022]图2是一种超宽带高增益太赫兹通信天线装置的对跖形天线辐射臂示意图；
[0023]图3是一种超宽带高增益太赫兹通信天线装置的宽带馈电结构分段示意图；其中，(a)为上表面(b)为下表面；
[0024]图4是一种超宽带高增益太赫兹通信天线装置不加载透镜时S11仿真结果；
[0025]图5是一种超宽带高增益太赫兹通信天线装置不加载透镜时有无椭圆引向结构的天线增益；
[0026]图6是一种超宽带高增益太赫兹通信天线装置不加载透镜时在220GHz、240GHz、260GHz、280GHz四个频点处的辐射方向图；
[0027]图7是一种超宽带高增益太赫兹通信天线装置加载透镜时在280GHz处的天线增益示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体技术方案对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0029]如图1
‑
3所示，本专利技术公开了一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置，其包括：天线辐射臂、天线馈电结构、介质透镜、以及三层结构的介质基板；所述
的天线辐射臂分成两部分，分别位于中间层介质基板的上下两侧，所述的天线馈电结构位于远离天线辐射臂形成开口的一侧，介质透镜放置于天线端射方向上距离天线一定位置处；
[0030]所述天线辐射臂，用于传输行波电流并形成电磁辐射；其位于中间层介质基板两侧的曲线结构形成了渐变槽形状，使电流在天线上传导时形成辐射信号；
[0031]所述天线馈电结构用于实现超宽带馈电效果，同时使天线辐射臂和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管形成集成；
[0032]所述介质透镜用于对天线辐射能量的汇聚，使天线辐射方向图的定向性更好，提高该天线装置整体的增益；
[0033]在所述三层结构的介质基板中，中间层介质基板用于固定天线辐射臂部分，上下两层介质基板材质相同且位于中间层的上下两侧，起到封装保护作用。
[0034]本专利技术具有以下几个特点：一、接地共面波导
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微带线
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平行双线的馈电结构，使馈电结构宽带化，天线带宽不受馈电结构带宽的限制，其中接地共面波导的引入便于实现和发射端太赫兹光电二极管的集成；二、在天线的辐射臂部分，形成渐变槽的两辐射臂边缘加载了金属椭圆结构，使电流分布更加均匀，减少电流反射造成的阻抗失配；三、中间介质层添加半椭圆引向结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置，其特征在于，包括：天线辐射臂、天线馈电结构、介质透镜、以及三层结构的介质基板；所述的天线辐射臂分成两部分，分别位于中间层介质基板的上下两侧，所述的天线馈电结构位于远离天线辐射臂形成开口的一侧，介质透镜放置于天线端射方向上距离天线一定位置处；所述天线辐射臂，用于传输行波电流并形成电磁辐射；其位于中间层介质基板两侧的曲线结构形成了渐变槽形状，使电流在天线上传导时形成辐射信号；所述天线馈电结构用于实现超宽带馈电效果，同时使天线辐射臂和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管形成集成；所述介质透镜用于对天线辐射能量的汇聚，使天线辐射方向图的定向性更好，提高该天线装置整体的增益；在所述三层结构的介质基板中，中间层介质基板用于固定天线辐射臂部分，上下两层介质基板材质相同且位于中间层的上下两侧，起到封装保护作用。2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，天线辐射臂由位于中间层介质基板上下面的两块金属贴片组成，两块金属贴片关于中间层介质基板短边的中轴线对称；所述金属贴片开槽线沿天线端射方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：郦小艳，何通，余显斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：