[发明专利]一种太赫兹平面透射阵极化扭转单元

说明书

本发明涉及一种太赫兹平面透射阵极化扭转单元，该透射单元由三个方向的微带线分支组成，三个分支汇于一点形成类似箭头的形状。在该透射单元的上下层由相互正交的微带栅条结构，提高极化扭转效率。通过调节三条分支的长度以及整体的轴向角度，可以获得在所需工作频段内传输相位0°到360°变化，插入损耗小于1dB，适用于基于PCB工艺的高增益太赫兹平面金属透射阵的设计。

技术领域

本发明属于毫米波/太赫兹技术领域。

背景技术

随着科学技术的快速发展，无线通信系统面临越来越多的挑战，现阶段规划的无线频带资源已经逐渐趋于饱和，无法满足通信技术发展的要求。因此，人们将目光逐渐转向未曾开发利用的太赫兹频段。随着对太赫兹频段通信技术的深入研究，天线作为无线通信不可或缺的组成部分，其技术指标有着更高的要求，也吸引了越来越多的关注。

在毫米波/太赫兹频段，由于电磁波在空气中的衰减大，通常都需要高增益的天线。在微波频段，传统的微带线天线阵可以提供很高的增益，但是当频率上升至太赫兹频段，微带线的损耗(包括金属损耗、介质损耗、辐射损耗)会严重限制它的应用。当前在各种太赫兹系统中，大都使用空间馈电的介质透镜以及抛物面天线等部件，这类部件既能实现聚焦功能，又没有馈电网络产生的损耗，很容易实现超高增益。但是，由于其体积大、重量重且为非平面结构，不利于安装。这在集成化和成本控制要求越来越高的趋势下，它们的应用场合受到限制。而基于周期平面结构的反射阵、透射阵天线、反射镜和透镜等部件，除拥有传统抛物面天线和透镜所具有的优点外，还具有设计灵活、体积小、易加工和低成本等特点，非常适合在毫米波/太赫兹频段使用。

目前透射阵天线的主要形式有多层微带型和介质打孔型，在微波/毫米波频段，利用常规的PCB工艺技术，即能完成透射阵的加工。在太赫兹频段，由于单元的结构尺寸很小，加工精度要求高，采用常规的PCB加工工艺，很难满足大多数平面结构单元的设计精度要求。光学中的微加工工艺能够达到微米级别的加工精度，满足太赫兹频段器件的加工需求，但其工艺复杂，成本高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于PCB工艺的太赫兹平面透射阵极化扭转单元，该透射单元由位于上下层的极化栅条和中间层的箭头形状金属支节组成，具有低成本、高增益、结构简单、传输幅相灵活可调、易于小型化等特点。

实现本发明的技术方案如下：本发明提出的太赫兹平面透射阵极化扭转单元，包括介质基板、金属栅条和箭头形金属支节三部分。其中：两层相同厚度和材质的介质基板通过半固化片压合而成，单元为正方形；金属栅条部分分别位于上下表面，上下层栅条数量均为三个，上层栅条方向与下层栅条方向正交；箭头形状金属支节部分位于中间层，其对称轴沿单元的对角线方向放置，互相垂直的两个金属支节长度可以控制传输相位，箭头整体旋转角度控制传输幅度。

本发明的有益效果：

1、通过极化栅的正交配置，提高了单元的透射效率，透射波有很高的极化转换效率和极化纯度，同时单元的插入损耗小于1dB。

2、利用单层箭头形状的两个金属支节长度变化，实现透射波360°的补偿相移，结构简单，可以采用常规的PCB技术加工，容易实现低成本高增益的平面太赫兹透射阵天线。

附图说明

图1是太赫兹平面透射阵极化扭转单元的结构图，其中1为上层极化栅条，2为箭头形状金属支节，3为下层极化栅条，4为上层介质板，5为下层介质板。

图2是图1所示箭头形状金属支节部分俯视图，互相垂直的支节长度为L，整体结构以对角线为对称轴，其中箭头形状整体可沿中心旋转角度α。

图3是图2中的透射单元构成的25×25的平面透射阵，每个单元的尺寸与阵中所需传输相位对应。

图4是图2中金属支节长度L由0.2mm到0.6mm变化时0.1THz的插入损耗。