[发明专利]太赫兹波段的极化转换天线

说明书

太赫兹波段极化转换天线，涉及天线技术及电磁功能器件领域。本发明包括设置于金属导体介质底板上方的半导体介质基板，在介质基板的上表面设置有正交排列的周期性的天线阵列，所述天线阵列由至少两行天线单元构成，每一行为一个周期，每一行包括6个天线单元，所述天线单元包括正交十字形轴线和设置于十字形轴线的4个分支上的线栅，每个分支上的线栅由3条相互平行且垂直于所在分支中线的栅条构成，天线单元分别沿互相垂直的两个方向的分支中线构成上下对称和左右对称，各栅条长度自内向外逐条递增，各栅条的宽度相等，相邻栅条之间的间距相等。本发明通过单层阵列实现对太赫兹波的相位调控，并且该工艺可通过微细加工手段实现，成本低廉，易于加工。

技术领域

本发明涉及天线技术及电磁功能器件领域。

背景技术

太赫兹波是频率范围在0.3THz～10THz的一种新型、有很多独特优点的电磁波。太赫兹技术的独特性能使其在生物医学、天文学、通信技术、安检等方面有着广阔的应用前景。由于它的频率很高，并且太赫兹光子的能量很低，因此不容易破坏需要被检测的物质，这项技术会给生活及科学领域带来深远的影响，进而改变人们的生产生活方式。

阵列天线是由许多相似单元按照设计要求以一定的规则排列并且通过特定的激励获得预期辐射特性的特殊天线结构。平面反射阵列天线作为一种抛物面天线和相控阵两者优势结合体的出现，具有低剖面、轻质量和低损耗等特点，这些优势使反射阵天线在雷达系统、深空探测和射电天文等领域得到越来越广泛的应用。伴随当前无线通信技术的快速发展，以及各国科研人员对诸多天线研究领域的提出，都促使了新型结构天线的产生。阵列天线是根据我们的设计要求，通过改变单元的各种参数以及介质基地的材料等，能够获取最好的辐射方向性，这是阵列天线的最突出的优点。反射阵列的设计主要包含三个方面：单元设计、阵列设计、馈源设计，最重要的一部分是单元设计，确定单元结构之后根据反射相位来改变单元的参数。最后对反射阵列进行仿真，对各项指标进行调整。

反射阵天线的相位补偿主要有改变枝节长度、改变单元尺寸、旋转单元角度等方式，本发明主要采用改变单元尺寸的方式。电磁波在传播的过程中电场的两个分量相位差为0度(同相)或者是180度(反相)时，合成电场矢量是直线极化，此时的电磁波称为线极化波；如果电磁场在传播的过程中电场的水平分量和垂直分量振幅不变，相位相差90度，可以得到圆极化波，如果极化面随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系，那么这个电磁波为右旋极化波，反之，则成为左旋极化波。

电磁波在传播过程中产生圆极化波的基本条件可以表述为：存在空间上两个正交的并且振幅相等的线极化电场分量，相位相差为90度。如果入射波为线极化，电场经过介质基板时候，分解成两个互相正交，振幅相等的电场分量，一个分量沿空气传播，另外一个分量继续沿介质基板传播，通过调节基板介质的材料和单元参数，使这两个分量的相位差为90度的时候，线极化入射的电磁波就以圆极化的方式反射出去，因此产生圆极化波。

为了避免反射阵中的辐射方向图中栅瓣的出现，辐射方向角与阵列单元间距通常由公式(2-1)来确定的。

式中，d为单元间距，λ₀为电磁波波长，θ为反射主辐射方向的偏转角度。本发明中所有单元间距都是相等的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、易加工、成本低的阵列反射天线，实现线极化波到圆极化波的转换。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，太赫兹波段极化转换天线，其特征在于，包括设置于金属导体介质底板上方的半导体介质基板，在所述半导体介质基板的上表面设置有正交排列的周期性的天线阵列，所述天线阵列由至少两行天线单元构成，每一行为一个周期，每一行包括6个天线单元，所述天线单元包括正交十字形轴线和设置于十字形轴线的4个分支上的线栅，