沙漏型6G空心花瓣超天线制造技术

本发明专利技术提出一种基于沙漏型6G空心花瓣超天线，由沙漏型空心外壳、波浪形平凸透镜、花瓣形超透镜及球形空心圆柱阵列单元组成。在6G通信领域，以太赫兹为工作频段，实现当光束通过天线时发生聚焦、扩束及衍射现象，在空间及光源大小要求有限的情况下使入射光束进行一定尺寸的扩大，将光束入射到超透镜部分，通过超透镜使能量集中于特定的衍射级中，其他衍射级中的能量受到明显抑制，并在特定的衍射级中可以达到特定的弯曲角度，实现了信号的相位不连续分布及特定方向的传输，克服了传统太赫兹器件体积大、重量大、效率低、种类匮乏等问题，实现太赫兹天线阵列向集成化和小型化、超宽带、高增益、低能耗等方向发展。低能耗等方向发展。低能耗等方向发展。

【技术实现步骤摘要】
沙漏型6G空心花瓣超天线


[0001]本专利技术涉及6G
，具体讲，设计一种太赫兹频段的沙漏型6G空心花瓣超天线。

技术介绍

[0002]2018年3月，我国工信部部长表示已着手研究6G，其中，太赫兹无线通信技术与系统是主要研究内容之一。2018年9月，美国联邦通信委员会(FCC)决定向6G开放太赫兹频谱。可见，进一步利用高频频谱是无线通信研究人员的共识，太赫兹频段是国际上备受期待的下一代高速无线通信的关键。太赫兹波是无线电频谱的最后一个过渡，被称为“THz gap”，结合了毫米波通信和光通信的优点。太赫兹(Terahertz，THz)波是指介于微波和红外光谱之间的电磁波，频率在0.1～10THz之间，具有比红外波穿透性强、比微波成像分辨率高、比X射线更安全等特点，其光子能量低、带宽大、载波频率高等传播特性，在通信、成像、生物医学和天文研究等众多领域具有广阔的应用前景。太赫兹通信具有宽带宽和短波长的特点，大量天线元件可集成在一个单位面积上，从而满足密集网络覆盖的需要，可作为下一代6G通信得工作频段。太赫兹波的窄波束和高指向性可以实现更好的保密性以及抗干扰和抗拦截能力。通信速率高、方向性好、安全性高、频谱资源丰富等是太赫兹通信突出的特点，在未来的6G移动通信中是一种具有极大优势的宽带无线接入技术。国内太赫兹通信原型系统多数处于仿真阶段，在实际应用中应考虑实时性能、环境、通信距离、功耗等方面的性能指标。太赫兹天线是太赫兹无线通信系统最前端的关键部分，承载着通信系统收发信号的重要作用。天线的性能(如工作带宽、增益)直接影响到通信系统的频率效率、传输速率、可靠性。
[0003]由于在自然界很难找到能与THz波产生强烈响应的天然材料，现有的太赫兹器件面临着体积大、重量大、效率低、种类匮乏等问题，高性能THz波功能器件的发展仍面临巨大挑战。由亚波长单元结构组成的超材料(Metamaterials，MMs)为解决该问题提供了全新的有效途径。在太赫兹潜在通信场景中，超材料被应用于太赫兹天线技术，改变其微结构样式、尺寸和排列方式可对电磁波的响应强度进行调控，增强天线增益、提高信道容量及方向性等，为太赫兹通信技术的发展和应用提供了新的思路和手段，实现太赫兹天线阵列向集成化和小型化、超宽带、高增益、低能耗等方向发展。超材料是一种人工微结构材料，具有亚波长周期性结构，拥有自然材料不具备的电磁特性。通过单元结构形状和尺寸的灵活设计调整，并按一定规律进行布阵，可以实现一些特定的电磁特性。具有负磁导率(μ＜0)的超材料被提出后，各种功能性超材料器件的开发及一系列新奇物理现象的展示，如负折射率、超大折射率、零折射率、人工磁体、超透镜和超吸收体，使超材料的研究取得了极大的进展。然而，由于超材料的三维结构和电磁特性，一般工艺制备的过程非常复杂，成本昂贵并且损耗较大，于是研究者们提出了一种二维超材料，也就是超表面。
[0004]超表面(Metasurface)是超材料的二维简化形式，在保持超材料的良好特性的同时，超表面更容易制备获得和片上集成，通过引入突变相位的概念，凭借比三维超材料在尺寸、制造和成本等方面的明显优势被广泛应用于偏振控制。超表面是人工设计的亚波长结
构，为更加灵活地控制光偏振态提供了新思路，其能够对入射电磁波的振幅、相位、偏振等进行灵活调控，被广泛地应用于波束偏转、偏振转换以及全息成像等方面，光学超透镜也是其重要应用之一。超表面在无损检测、医学成像和无线通信也具有重要应用。随着微纳加工技术的发展，具有亚波长周期的超原子平面阵列组成的超表面可以灵活、精确地控制光的相位和偏振信息，对THz器件的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种沙漏型6G空心花瓣超天线，目的是在6G通信领域中，通过设计超天线沙漏型外壳大小、内部波浪形平凸透镜直径及厚度、空心花瓣型超透镜及球形空心圆柱阵列的直径和高度大小，实现当光束进入天线时发生聚焦、扩束及衍射现象，使入射光束在空间要求有限的情况下通过天线结构使光束进行一定尺寸的扩大后将能量集中于特定的衍射级中，其他衍射级中的能量受到明显抑制，并在特定的衍射级中可以达到特定的弯曲角度。
[0006]为此，本专利技术采取的技术方案是：一种基于沙漏型6G空心花瓣超天线，其特征在于所述超天线包括沙漏型空心外壳结构、波浪形平凸透镜、空心花瓣形圆柱阵列超透镜。
[0007]所述超天线是由空心沙漏型外壳、两个波浪形平凸透镜、一个空心花瓣形圆柱阵列超透镜组成，所述波浪形平凸透镜以凸起面朝向空心沙漏型外壳内部方向相对放置于外壳两端，超透镜底部与大直径浪形平凸透镜底部平面紧贴放置。
[0008]所述空心沙漏型外壳是由两端大小不对称的沙漏型结构组成，内部为空心，沙漏型外壳左右两端直径一大一小。
[0009]所述波浪形平凸透镜是由与沙漏型外壳两端大小相对应的波浪形平凸透镜组成，透镜凸起面包含三层波浪形凹槽，由外向内尺寸从大到小，以最外层波浪凹槽为标准，以不同倍数进行缩放并以同心轴为基准进行放置。
[0010]所述空心花瓣形圆柱阵列超透镜是由花瓣形阵列结构和球形空心圆柱阵列单元组成，花瓣形阵列结构由球形空心圆柱阵列单元以同一圆心为轴，以60
°
为间隔进行周期阵列得到的，球形空心圆柱阵列单元是由14个相同高度且中心含有球形空心的圆柱以某特定角度相切排列而成。
[0011]与已有技术相比，本专利技术的技术特点与效果：
[0012]第一，本专利技术提出一种沙漏型6G空心花瓣超天线，在6G通信领域，可以实现当光束进入到超天线前端经过两个波浪形平凸透镜时进行聚焦和散射，最终达到扩束作用并且以平行光出射，继而进入到空心花瓣形超透镜阵列结构中。第二，当入射光进入到空心花瓣形超透镜阵列结构时发生衍射现象，入射能量集中在一个特定的阶数中，而在其他衍射阶数中能量均被抑制。第三，利用该超天线结构可以对6G太赫兹频段波束进行扩束、赋形与衍射方向的调控，即在特定空间结构内将波束进行扩大，使波束入射到超透镜时满足其对入射光大小所需，实现信号的扩大和相位上的不连续分布，使其在特定方向传输，从而解决太赫兹信号覆盖空洞的问题，实现中继作用。第四，沙漏型6G空心花瓣超天线，其工作频率带宽增加、增益增大等性能直接提高了通信系统的频率效率、传输速率、可靠性，实现了太赫兹天线的高性能发展方向。第五，沙漏型6G空心花瓣超天线的超透镜部分具有超薄、超轻的优点，可以通过灵活设计调整圆柱阵列单元中圆柱的直径以及高度，以实现高效率传输，其单
元阵列结构还可用于设计高数值孔径、高效率的平面透镜或其他太赫兹范围内的器件，克服了传统太赫兹器件传输效率低、重量大的缺点。第六，沙漏型超天线在满足一定的传输效率与聚焦性能的要求下所需空间仅100毫米
×
100毫米
×
100毫米大小，克服了传统太赫兹器件体积大的缺点，实现了太赫兹天线的小型化发展，能够在具有一定空间限制的场景下完成通信或成像功能。第七，与传统的太赫兹器件相比较，本专利技术中的超天线在制作过程中，其制作材料选取光敏树本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.沙漏型6G空心花瓣超天线，其特征在于所述超天线包括沙漏型空心外壳结构、波浪形平凸透镜、花瓣形圆柱阵列超透镜、球形空心圆柱阵列单元，沙漏型6G空心花瓣超天线是由空心沙漏型外壳、两个波浪形平凸透镜、一个空心花瓣形圆柱阵列超透镜组成。2.根据权利要求1所述沙漏型6G空心花瓣超天线，其特征在于，所述沙漏型空心外壳是由两端大小不对称的沙漏型结构组成，内部为空心，沙漏型结构左右两端为圆形，直径一大一小。沙漏型空心外壳结构长为100毫米，左端直径大小为15毫米，右端直径大小为72.9毫米，壁厚为4.5毫米。3.根据权利要求1所述沙漏型6G空心花瓣超天线，其特征在于，所述波浪形平凸透镜以凸起面朝向沙漏型外壳内部方向相对放置于外壳两端，沙漏型外壳两端边缘与波浪形平凸透镜平面边缘重合，空心花瓣形圆柱阵列超透镜底部与大直径波浪形平凸透镜底部平面紧贴放置。4.根据权利要求1所述沙漏型6G空心花瓣超天线，其特征在于，波浪形平凸透镜与沙漏型外壳两端直径大小相对应，波浪形平凸透镜凸起面上包含三层波浪形凹槽，由外向内从大到小，以最外层波浪凹槽为标准，以不同倍数进行缩放并以同心轴为基准进行放置。波浪形平凸透镜大直径为72.9毫米，厚度为12.4毫米，其凸面内部波浪形凹槽大小以1∶0.75∶0.5为比例进行同心轴缩放，最外端波浪形凹槽以58毫米为直径，以距离透镜底部4毫米为界向凸起面方向进行切除，切除凹槽厚度为1毫米，深度为2毫米；波浪形平凸透镜小直径为15毫米，厚度为4.96毫米，其凸面内部波浪形凹槽由外向内放置，大小以大透镜最外层波浪形...

【专利技术属性】
技术研发人员：石嘉，李美玲，李现国，牛萍娟，白华，王迪，王少娜，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：