【摘要】：太赫茲(Terahertz,THz)技術(shù)在安全檢查、國(guó)防安全、無(wú)線通信、生物醫(yī)學(xué)、天文觀測(cè)等科學(xué)領(lǐng)域都表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)是太赫茲技術(shù)的一項(xiàng)重要應(yīng)用,而天線是無(wú)線通信系統(tǒng)中必不可少的重要器件,因此,太赫茲天線具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。為了設(shè)計(jì)滿足無(wú)線通信系統(tǒng)要求的太赫茲喇叭天線,本文設(shè)計(jì)了三款波紋喇叭天線分別為L(zhǎng)型波紋喇叭天線、雙向波紋喇叭天線和臺(tái)階波紋喇叭天線。首先,根據(jù)小張角波紋喇叭天線與波紋波導(dǎo)具有相似場(chǎng)分布的特點(diǎn),通過(guò)分析波紋波導(dǎo)中的場(chǎng)分布、特征方程,研究波紋喇叭天線內(nèi)部的場(chǎng)分布及特征方程,分析波紋喇叭天線遠(yuǎn)場(chǎng)與近場(chǎng)的電場(chǎng)分布及該天線的設(shè)計(jì)原理;其次,分析L型波紋喇叭天線的結(jié)構(gòu)和輻射性能,并討論了模式變換段波紋數(shù)目、每個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)波紋周期數(shù)目、槽寬與齒寬的比值對(duì)天線輻射特性的影響,優(yōu)化出輻射性能最佳的天線,仿真結(jié)果表明該天線在工作頻帶內(nèi)增益高于20.7dBi,3dB主瓣寬度小于15.6~o;然后設(shè)計(jì)了雙向波紋喇叭天線,仿真分析了該天線的輻射特性并對(duì)模式變換段波紋數(shù)目、每個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)波紋周期數(shù)目、槽寬與齒寬的比值三個(gè)影響天線輻射特性的因素進(jìn)行了討論,仿真結(jié)果顯示該天線在工作頻率范圍內(nèi)增益高于21.1dBi,3dB主瓣寬度小于14.8~o;接著對(duì)臺(tái)階波紋喇叭天線進(jìn)行仿真分析,討論臺(tái)階波紋寬度、高度兩個(gè)因素對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射性能的影響,仿真結(jié)果表明該天線在工作頻段內(nèi)增益高于20.1dBi,3dB主瓣寬度小于16.6~o;在達(dá)到太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)天線要求的情況下,臺(tái)階波紋喇叭天線同前兩款天線相比具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工等優(yōu)點(diǎn),最后對(duì)其進(jìn)行加工和測(cè)試,對(duì)仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,并分析產(chǎn)生誤差的原因。綜上所述,本文設(shè)計(jì)的太赫茲波紋喇叭天線具有良好的輻射性能,滿足無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)太赫茲天線輻射性能的要求。
【圖文】：

圖 1.2 300GHz 傳輸系統(tǒng)模塊圖[32]無(wú)線通信技術(shù)面臨著兩項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)：（1）太赫茲，缺乏成熟高效的太赫茲源；（2）太赫茲頻段的信蒸氣對(duì)信號(hào)有強(qiáng)吸收作用，導(dǎo)致信號(hào)衰減嚴(yán)重，，圖]，因此，太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)不適合運(yùn)用于遠(yuǎn)程通0GHz號(hào)源8GHz號(hào)源放大器與2 個(gè)三倍頻器放大器與2 個(gè)三倍頻器×9147.42GHz1036 ±4MHz295.2 ±1廣播測(cè)試信號(hào)LNALCD接收器TV分析儀

由于通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)通信系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，天線是通信系統(tǒng)中作為發(fā)射與接收電磁波必不可少的無(wú)線設(shè)備。喇叭天線既可以作為獨(dú)立天線，也可作為反射面天線[34-35]和透鏡天線[36-37]的饋源，因此，喇叭天線非常適用于無(wú)線通信系統(tǒng)。在喇叭天線光滑的內(nèi)壁上開(kāi)槽形成的波紋喇叭天線[38-39]具有軸對(duì)稱的輻射方向圖并且工作頻帶較寬、旁瓣增益較低、交叉極化分量小，可應(yīng)用于太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)。2013 年，Liu Yong 等人設(shè)計(jì)了一款基于 MEMS 技術(shù)的雙層 90o太赫茲波紋喇叭天線[40]，其天線結(jié)構(gòu)如圖 1.4 所示。該天線采用 MEMS 干法刻蝕技術(shù)在硅片上刻槽，并在硅片上采用金屬濺射技術(shù)鍍金，然后兩個(gè)硅片之間采用金金鍵合技術(shù)，其波導(dǎo)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) WR 2.2 矩形波導(dǎo)，在工作頻率 400 ~ 500GHz 范圍內(nèi)，增益變化范圍為 13.9 ~ 16.1dBi，S11均小于 10dB，并且表現(xiàn)出良好的對(duì)稱性輻射模式。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN823;O441.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2631489