太赫茲波由于其獨特的電磁特性可應用于超高速率無線通信、生物化學物質檢測以及高分辨率成像等領域。但由于太赫茲波的物理波長小,傳統(tǒng)適用于低頻的加工工藝難以滿足其加工精度的要求;而微納米加工工藝又具有加工復雜、成本高等缺點。3D打印技術的發(fā)展為太赫茲器件的加工提供了新的選擇和更多的設計靈活度。文章介紹了香港城市大學太赫茲與毫米波國家重點實驗室在3D打印太赫茲透鏡方面的最新研究動態(tài)和實驗研究新成果,包括基于3D打印的太赫茲高增益圓極化透鏡、近場聚焦圓極化透鏡、貝塞爾波束生成透鏡的設計,高精度3D打印方法的探索以及太赫茲天線測試方法等。太赫茲3D打印透鏡天線具有低成本、低損耗、能快速成型等特點,可應用于不同的太赫茲場景中。 

【文章來源】：微波學報. 2020,36(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

各向異性介質塊結構示意圖[6]

為了降低透鏡的介質損耗,在太赫茲頻段采用離散介質透鏡的形式[4]。圖1中插圖顯示了基于高度變化的單元結構形式,其可分為兩部分:上層的空腔介質塊充當阻抗匹配層是為了減小空氣與介質的反射;下層是高度可變的介質柱。透鏡的每個單元上層阻抗匹配層具有相同的尺寸,而下層介質柱子的高度取決于每個單元位置需要補償?shù)南辔徊�。單元的大小�?.5 mm (對應于0.3 THz時的半波長)。單元尺寸越小,透鏡的量化相位誤差越小,但對加工精度要求也越高。采用介電常數(shù)2.66,損耗角正切0.03的3D打印介質材料仿真得到的S21隨介質柱高度變化的曲線如圖1所示�？梢钥吹疆斀橘|柱高度從0.2 mm變化到1.8 mm時其透射相位范圍超過360°,透射幅度優(yōu)于-2.6 dB。因此,對于每個透鏡單元可以通過調節(jié)其下端的介質柱高度改變其單元的透過相位,從而實現(xiàn)希望的口徑相位分布。由于圖1的單元是各向同性,因此透射波的極化取決于入射波的極化狀態(tài)。采用線極化入射時,為了得到圓極化出射波可以采用各向異性的介質,其結構如圖2所示。其對x軸和y軸具有不同的等效介電常數(shù),因此通過合理設計介質塊的厚度和寬度可以使得出射x, y軸極化波的相位相差90°[5-6]。因此當入射電磁波極化沿著對角線方向入射時,可以分解為兩個等幅同相的沿著x, y軸的線極化,經(jīng)過該各向異性介質塊后可實現(xiàn)圓極化。值得一提的是,可以將圖1的相位改變單元和圖2的圓極化介質結合起來,結果如圖3所示,從而實現(xiàn)對電磁波相位和極化的同時調控。這種結合單元的形式能采用3D打印技術一次性成型,從而消除了傳統(tǒng)的采用獨立透鏡和圓極化器帶來的組裝和對準偏差,這對工作于太赫茲頻段的器件具有重要意義。

圓極化單元和仿真的透射相位曲線[8]


本文編號：3337263