太赫兹光子晶体慢波喇叭天线制造技术

本发明专利技术公开了太赫兹光子晶体慢波喇叭天线，包括光子晶体喇叭天线，所述光子晶体喇叭天线的宽面上沿横向方向设置有若干不同路径的慢波结构；结合不同路径的慢波结构具有不同的降低相速能力，使得电磁波在到达所述光子晶体喇叭天线的喇叭口处时的相位接近一致，可以实现增益的提升。慢波结构包括至少两个金属柱，至少两个金属柱沿所述光子晶体喇叭天线的径向方向依次设置。不同慢波结构从中间处不断沿横向向外扩展且同时高度在不断依次减小。本发明专利技术将慢波结构、光子晶体与喇叭天线相结合，通过调整光子晶体慢波结构的尺寸，来有效的调节喇叭天线喇叭口处的电磁波相位，使得球面波尽可能变成平面波，实现增益的提升。实现增益的提升。实现增益的提升。

【技术实现步骤摘要】
太赫兹光子晶体慢波喇叭天线


[0001]本专利技术涉及光子晶体、慢波结构及喇叭天线
，具体涉及太赫兹光子晶体慢波喇叭天线。

技术介绍

[0002]毫米波和太赫兹源具有宽带宽、高功率输出的特性，被广泛应用于卫星通信、高分辨率雷达、电子对抗等领域。天线是一种可以导行波转换为可以在自由空间中传输的电磁波的一种装置，作为接收信号和发射信号的一种装置，天线在任何的无线电设备中都占有着重要的地位。
[0003]在微波频段，常见的天线有微带天线、阵列天线、八木天线和喇叭天线等，但是，随着频率的提升，尤其是到了毫米波和太赫兹频段，由于微带天线的基板所导致的电磁波损耗变得越来越严重，与此同时，随着频段的升高，天线的尺寸也在不断的减小，而喇叭天线具有加工简单，性能优异等特点，常常被用作太赫兹频段单独的天线，或者是作为馈源天线来使用。
[0004]光子晶体是一种周期性的超材料结构，把单元按照周期性的排列，可以获得一些特殊的性质，光子晶体就具有光子禁带的特性，所谓的光子禁带就是指一定频率的电磁波不能通过光子晶体，其余频段内的电磁波可以通过光子晶体，这是一种频率选择性。而在太赫兹频段，使用光子晶体作为的波导已经证明比单纯的金属壁的波导具有更低的损耗，以及更好的传输特性。
[0005]慢波结构最早被用于行波管中，是降低电磁波相速的一种装置，通过降低电磁波的相速，使得电磁波的相速低于电子的速度，可以更好的实现电磁波与电子实现能量交换，实现信号的放大，因此，慢波结构具有通过调节路径来调控电磁波相位的作用。
[0006]随着科技的不断发展，天线的小型化是天线发展的趋势，但是，随着喇叭天线的口径面积减小，天线的增益降低是不可避免的事情，因此，如何在天线小型化的同时提升天线的增益是现在非常重要的一个问题。有人提出利用光子晶体代替喇叭天线的金属壁在保证天线小型化的同时，通过减小损耗进一步的提升太赫兹喇叭天线的性能。
[0007]在此基础上，进一步的研究如何提高天线的增益是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的在于提供太赫兹光子晶体慢波喇叭天线，将慢波结构、光子晶体与喇叭天线相结合，通过调整光子晶体慢波结构的尺寸，来有效的调节喇叭天线喇叭口处的电磁波相位，使得球面波尽可能变成平面波，实现增益的提升；同时，使用光子晶体可以有效的减少在太赫兹波段时，金属产生的损耗问题。在光子晶体天线的基础上，进一步提高天线的增益。
[0009]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0010]本专利技术提供了太赫兹光子晶体慢波喇叭天线，包括光子晶体喇叭天线，光子晶体
喇叭天线的宽面上沿横向方向设置有若干不同路径的慢波结构；
[0011]结合不同路径的慢波结构具有不同的降低相速能力，使得电磁波在到达光子晶体喇叭天线的喇叭口处时的相位接近一致，可以实现增益的提升。
[0012]进一步地，慢波结构包括至少两个金属柱，至少两个金属柱沿光子晶体喇叭天线的径向方向依次设置。
[0013]进一步地，不同慢波结构从中间处不断沿横向向外扩展且同时高度在不断依次减小。
[0014]进一步地，不同慢波结构包括一组第一慢波结构、两组第二慢波结构、两组第三慢波结构和两组第四慢波结构，两组第二慢波结构、两组第三慢波结构和两组第四慢波结构均以第一慢波结构为对称轴形成轴对称；
[0015]第一慢波结构包括四个第一金属柱，第二慢波结构包括四个第二金属柱，第三慢波结构包括四个第三金属柱，第四慢波结构包括四个第四金属柱。
[0016]进一步地，第二金属柱的高度为第一金属柱的高度与预设固定高度之差；
[0017]第三金属柱的高度为第一金属柱的高度与2倍的预设固定高度之差；
[0018]第四金属柱的高度为第一金属柱的高度与3倍的预设固定高度之差。
[0019]进一步地，不同慢波结构中相邻金属柱之间的距离相等。
[0020]进一步地，光子晶体喇叭天线包括喇叭天线，喇叭天线包括上下两层金属板和两侧金属壁，金属壁采用多组光子晶体。
[0021]进一步地，光子晶体为圆柱形的二维光子晶体。
[0022]进一步地，光子晶体的高度与标准矩形波导窄边一致。
[0023]进一步地，相邻光子晶体之间的距离相等，且等于相邻金属柱之间的距离。
[0024]进一步地，慢波结构设于光子晶体喇叭天线的宽面上喇叭口处。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0026]1、本专利技术将慢波结构、光子晶体与喇叭天线相结合，通过调整光子晶体慢波结构的尺寸，来有效的调节喇叭天线喇叭口处的电磁波相位，使得球面波尽可能变成平面波，实现增益的提升；同时，使用光子晶体可以有效的减少在太赫兹波段时，金属产生的损耗问题。在光子晶体天线的基础上，进一步提高天线的增益；在不增加喇叭天线原有的体积上来提升增益，有利于小型化的实现。
[0027]2、本专利技术利用CST仿真软件对本专利技术的光子晶体慢波喇叭天线进行仿真，得到回波损耗带宽和增益，并于传统的光子晶体天线的结果进行对比，在不改变光子晶体天线原本的尺寸的情况下，在加载了慢波结构之后，本专利技术的天线具有更为良好的回波损耗带宽，这也说明，天线的阻抗匹配效果更好，具有更宽的带宽；在工作带宽的范围内，加载了慢波结构的天线的增益要优于原本的天线增益，由此，可以说明太赫兹光子晶体慢波喇叭天线可以实现更大的增益。
附图说明
[0028]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0029]图1为喇叭天线结构示意图；
[0030]图2为光子晶体喇叭天线结构示意图；
[0031]图3为本专利技术光子晶体慢波喇叭天线的整体结构示意图；
[0032]图4为本专利技术光子晶体慢波喇叭天线的横截面示意图；
[0033]图5为本专利技术光子晶体慢波喇叭天线的慢波结构示意图；
[0034]图6为本专利技术慢波结构相位变化随H高度的变化示意图；
[0035]图7为光子晶体天线和光子晶体慢波喇叭天线的电场对比图；
[0036]图8为三种天线结构增益随频率变化示意图。
[0037]附图标记及对应的零部件名称：
[0038]1‑
金属板，2
‑
光子晶体，3
‑
慢波结构，31
‑
第一金属柱，32
‑
第二金属柱，33
‑
第三金属柱，34
‑
第四金属柱。
具体实施方式
[0039]在下文中，可在本专利技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所专利技术的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本专利技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.太赫兹光子晶体慢波喇叭天线，其特征在于，包括光子晶体喇叭天线，所述光子晶体喇叭天线的宽面上沿横向方向设置有若干不同路径的慢波结构(3)；结合不同路径的慢波结构(3)具有不同的降低相速能力，使得电磁波在到达所述光子晶体喇叭天线的喇叭口处时的相位一致，实现增益提升。2.根据权利要求1所述的太赫兹光子晶体慢波喇叭天线，其特征在于，所述慢波结构(3)包括至少两个金属柱，至少两个金属柱沿所述光子晶体喇叭天线的径向方向依次设置。3.根据权利要求2所述的太赫兹光子晶体慢波喇叭天线，其特征在于，不同慢波结构(3)从中间处沿横向向外扩展且同时高度依次减小。4.根据权利要求3所述的太赫兹光子晶体慢波喇叭天线，其特征在于，不同慢波结构(3)包括一组第一慢波结构、两组第二慢波结构、两组第三慢波结构和两组第四慢波结构，两组第二慢波结构、两组第三慢波结构和两组第四慢波结构均以第一慢波结构为对称轴形成轴对称；所述第一慢波结构包括四个第一金属柱(31)，所述第二慢波结构包括四个第二金属柱(32)，所述第三慢波结构包括四个第三金属柱(33)，所述第四慢波结构包括四个第四金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽川，路志刚，段景瑞，朱俊宛，陈海峰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：