基于超材料反射陣列的太赫茲頻掃天線研究
發(fā)布時(shí)間：2021-03-26 22:46
基于頻掃天線可實(shí)現(xiàn)太赫茲高分辨和高幀頻成像的優(yōu)勢(shì),其在目標(biāo)探測(cè)、安檢以及無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。本文圍繞著太赫茲頻掃技術(shù)開展了線極化、圓極化頻掃天線以及頻率編碼超表面技術(shù)的理論和模擬研究工作,重點(diǎn)研究了單元結(jié)構(gòu)的電磁特性和陣列的特性。本文的具體工作內(nèi)容如下:首先對(duì)一種太赫茲頻段的超表面陣列的線極化頻掃性能進(jìn)行了模擬仿真研究。通過(guò)研究和優(yōu)化得到超表面貼片單元結(jié)構(gòu)在0.5-1.5THz頻段的電磁特性,并構(gòu)建了16×16單元的超表面陣列結(jié)構(gòu),理論預(yù)計(jì)陣列結(jié)構(gòu)在1-1.35THz頻段范圍內(nèi)的波束掃描范圍為33.78-48.59°。仿真模擬結(jié)果表明,對(duì)于x極化或者y極化的垂直入射到各向同性結(jié)構(gòu)的超表面陣列結(jié)構(gòu)后,其在各個(gè)頻點(diǎn)上的反射角度是一樣的,波束掃描范圍為34-48°,反射系數(shù)均在0.6以上,具有良好的反射效率,模擬仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本一致。其次對(duì)超寬帶的太赫茲超表面圓極化頻掃天線進(jìn)行模擬研究。通過(guò)反射系數(shù)和寬頻帶兩個(gè)因素確定旋轉(zhuǎn)型單元的固定尺寸,獲得相位與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系以及陣列相位補(bǔ)償因子,構(gòu)建了24×24的陣列周期。仿真模擬結(jié)果表明垂直入射的右旋圓極化波在1-2.1THz...
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
(a)天線在206GHz的能量輻射圖；(b)天線在218GHz的能量輻射圖[23]
第一章緒論3和基于LTCC技術(shù)的慢波線結(jié)構(gòu)。在毫米波波段，人們采用較低剖面或者微帶形式的介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率掃描的功能。近年來(lái)，隨著超材料和反射陣的發(fā)展，基于超材料反射陣的頻掃天線也被提出，其主要利用周期結(jié)構(gòu)單元和廣義斯奈爾定律實(shí)現(xiàn)了波束隨頻率變化的掃描功能。這種天線具有低成本、陣列結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸孝易于制造、速度快等優(yōu)點(diǎn)，適合于亞毫米波和太赫茲波這樣高頻段范圍。1.3太赫茲頻掃天線研究現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢(shì)在太赫茲頻帶，掃描天線主要有基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的漏波天線、低剖面的掃描pillbox、基于波導(dǎo)陣列的掃描天線、光柵反射式的頻率掃描天線和基于超表面的頻率掃描天線。以下是太赫茲頻掃天線近二十多年的發(fā)展。一種采用介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的漏波天線在206-218GHz頻段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了波束掃描[23]，其掃描角度為20°，波束效率為50%，如圖1-1所示。(a)(b)圖1-1(a)天線在206GHz的能量輻射圖；(b)天線在218GHz的能量輻射圖[23]圖1-2基于矩形波導(dǎo)陣列的頻率掃描天線內(nèi)在結(jié)構(gòu)示意圖[24]2012年，一種基于矩形波導(dǎo)陣列的頻率掃描天線在0.2THz實(shí)現(xiàn)了一維波束電掃描[24]，其內(nèi)在結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。同年，一種微小制造的頻率掃描波導(dǎo)陣列在
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文40.13-0.18THz的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了波束掃描[25]，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1-3(a)所示，并且在32.25%的工作帶寬內(nèi)的波束掃描角為32.5°，如下圖1-3(b)所示，電壓駐波比均小于1.75:1。(a)(b)圖1-3(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)陣列的歸一化輻射方向圖[25]2013年，一種8×1個(gè)單元的頻率掃描天線陣列在太赫茲頻段實(shí)現(xiàn)波束掃描并且已經(jīng)應(yīng)用于太赫茲成像系統(tǒng)[26]，其實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明在0.27-0.33THz頻段可實(shí)現(xiàn)40°的掃描，加工實(shí)物圖如圖1-4(a)所示，天線的輻射方向圖如圖1-4(b)所示。(a)(b)圖1-4(a)加工實(shí)物圖；(b)天線陣列的輻射方向圖[26]2014年，文獻(xiàn)[27]提出了一種光柵反射式頻率掃描天線，其天線系統(tǒng)和光柵結(jié)
本文編號(hào)：3102367
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
(a)天線在206GHz的能量輻射圖；(b)天線在218GHz的能量輻射圖[23]
第一章緒論3和基于LTCC技術(shù)的慢波線結(jié)構(gòu)。在毫米波波段，人們采用較低剖面或者微帶形式的介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率掃描的功能。近年來(lái)，隨著超材料和反射陣的發(fā)展，基于超材料反射陣的頻掃天線也被提出，其主要利用周期結(jié)構(gòu)單元和廣義斯奈爾定律實(shí)現(xiàn)了波束隨頻率變化的掃描功能。這種天線具有低成本、陣列結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸孝易于制造、速度快等優(yōu)點(diǎn)，適合于亞毫米波和太赫茲波這樣高頻段范圍。1.3太赫茲頻掃天線研究現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢(shì)在太赫茲頻帶，掃描天線主要有基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的漏波天線、低剖面的掃描pillbox、基于波導(dǎo)陣列的掃描天線、光柵反射式的頻率掃描天線和基于超表面的頻率掃描天線。以下是太赫茲頻掃天線近二十多年的發(fā)展。一種采用介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的漏波天線在206-218GHz頻段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了波束掃描[23]，其掃描角度為20°，波束效率為50%，如圖1-1所示。(a)(b)圖1-1(a)天線在206GHz的能量輻射圖；(b)天線在218GHz的能量輻射圖[23]圖1-2基于矩形波導(dǎo)陣列的頻率掃描天線內(nèi)在結(jié)構(gòu)示意圖[24]2012年，一種基于矩形波導(dǎo)陣列的頻率掃描天線在0.2THz實(shí)現(xiàn)了一維波束電掃描[24]，其內(nèi)在結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。同年，一種微小制造的頻率掃描波導(dǎo)陣列在
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文40.13-0.18THz的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了波束掃描[25]，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1-3(a)所示，并且在32.25%的工作帶寬內(nèi)的波束掃描角為32.5°，如下圖1-3(b)所示，電壓駐波比均小于1.75:1。(a)(b)圖1-3(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)陣列的歸一化輻射方向圖[25]2013年，一種8×1個(gè)單元的頻率掃描天線陣列在太赫茲頻段實(shí)現(xiàn)波束掃描并且已經(jīng)應(yīng)用于太赫茲成像系統(tǒng)[26]，其實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明在0.27-0.33THz頻段可實(shí)現(xiàn)40°的掃描，加工實(shí)物圖如圖1-4(a)所示，天線的輻射方向圖如圖1-4(b)所示。(a)(b)圖1-4(a)加工實(shí)物圖；(b)天線陣列的輻射方向圖[26]2014年，文獻(xiàn)[27]提出了一種光柵反射式頻率掃描天線，其天線系統(tǒng)和光柵結(jié)
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