[发明专利]一种基于偶极子天线单元的太赫兹端射阵直线阵列天线

说明书

本发明属于射频电路设计领域，具体涉及一种基于半波偶极子天线单元的太赫兹端射阵直线阵列天线。该端射阵直线阵列天线利用阵列单元数目为N的适用于平面工艺的N个半波偶极子天线单元(N≥1)，通过设计相邻偶极子天线单元电流的相位差(Δφ＝k·π)和相邻单元电气长度间距构建适用于平面工艺的N×端射阵直线阵列天线，从而提高太赫兹发射机系统的天线增益和半功率宽度，应用于高输出功率要求的太赫兹发射机阵列系统；另外为了增强该太赫兹端射阵直线阵列天线增益，可以通过在相邻半波长电气长度整数倍的偶极子单元之间插入M(M≥1)个半波偶极子天线。

技术领域

本发明属于射频电路设计领域，具体涉及一种基于半波偶极子天线单元的太赫兹端射阵直线阵列天线。

背景技术

针对太赫兹发射机系统，研究难点和重点是如何提高发射机的输出功率。为了提高输出功率，常用的发射机阵列系统包括发射机相控阵列、发射机空间功率合成直线阵列和发射机空间功率合成平面阵列。空间功率合成直线、平面阵列一般采用相位均匀变化激励天线阵列的方法实现，发射机结构相对简单；而相控阵列则是一般通过发射机中的调相器，实现任意相位的射频信号，从而实现波束的空间角度控制，发射机结构相对复杂。

现有的太赫兹发射机芯片系统通常采用侧射阵天线阵列提高天线增益，从而提高发射机等效全向辐射功率EIRP，但是输出功率仍然受限；通过设计片外硅基镜头和介质镜头，对太赫兹波进行聚焦，能够进一步提高等效全向辐射功率 EIRP，但发射机芯片输出功率和波束宽度仍达不到满足在消费电子、商业市场等进行深度推广的高输出功率要求。如何对发射机的输出功率进一步提高是射频电路设计领域还未解决的问题。

发明内容

为了提高太赫兹发射机的输出功率，本发明涉及一种基于半波偶极子天线单元的太赫兹端射阵直线阵列天线。本发明适用于平面工艺，采用的太赫兹端射阵直线阵列天线属于空间功率合成直线天线阵列的一种，通过相位均匀变化激励天线阵列的方法实现，发射机结构相对简单，与侧射阵相比较，具有更高的方向系数和更高的波束宽度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于偶极子天线单元的太赫兹端射阵直线阵列天线，包括馈电网络一、馈电网络二、以及多个沿馈电网络二长度方向均匀排列的单侧偶极子，所述的单侧偶极子垂直设置于馈电网络二的两侧，相邻的单侧偶极子电流的相位差Δφ＝k·π，k为大于零的整数，相邻单侧偶极子之间的电气长度间距λ为波长。

作为本发明的优选，所述的阵列天线采用平面工艺制作而成，所述的平面工艺为PCB工艺、SiGe BiCMOS工艺以及CMOS工艺等半导体工艺中的任意一种。

作为本发明的优选，所述的阵列天线采用双金属面PCB板制作而成，PCB 板的双金属面上均刻蚀有共面的馈电网络一、馈电网络二和单侧偶极子；

金属面上的馈电网络一和馈电网络二相连接，上下两层金属面上的馈电网络一通过金属化过孔相连接；位于PCB板双金属面相同位置的上下两个单侧偶极子组成一个偶极子天线单元。

作为本发明的优选，所述的馈电网络二为直线型结构，每一层金属面上的单侧偶极子均垂直于对应金属面上的馈电网络二，且上层金属面上的单侧偶极子和下层金属面上的单侧偶极子朝向相反。

作为本发明的优选，每一层金属面上的最后一个单侧偶极子位于馈电网络二的末端。

作为本发明的优选，每一个偶极子天线单元中的两个单侧偶极子的末端在馈电网络二的宽度方向上的电气长度距离为λ/2，且上层金属面上的单侧偶极子和下层金属面上的单侧偶极子的长度相同。

作为本发明的优选，所述馈电网络二的宽度为0.001um-2cm，单侧偶极子的宽度为0.001um-2cm，可根据设计频率优化天线增益进行调整。

作为本发明的优选，所述相邻单侧偶极子之间均匀设有1-5个半波偶极子天线。