[发明专利]一种片上双馈电太赫兹正交极化天线设计方法

说明书

本发明公开了一种片上双馈电太赫兹正交极化天线设计方法，该天线在圆形的辐射贴片的基础上，采用曲流技术对天线进行开槽，通过改变贴片天线表面的电流路径来有效提高天线的带宽，片上贴片天线采用圆形结构连接两条相互垂直的微带线，微带线分别连接两个馈电端口，当天线从端口1和端口2同时馈电时，可以激发相位相差90°的正交信号，当天线仅从端口1馈电时，产生水平极化偏振；当天线仅从端口2馈电时，产生垂直极化偏振。所提出的天线的辐射特性显示出双极化行为和波束的切换状态。另外，将所述天线与太赫兹电路集成在同一块芯片，设计成外差混频太赫兹探测器，可以实现多频段探测并且有效提高探测器的灵敏度。

技术领域

本发明属于天线结构设计领域。特别地为一种片上双馈电太赫兹正交极化天线设计方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz，THz)一般是指频率范围为0.1～10THz的电磁波，对应的波长范围为0.03～3mm，在电磁波谱中位于毫米波与红外光之间。既不能完全通过光子学理论处理，也不适合全部由电子学方法研究，因此太赫兹一度被称作“THz间隙”。电磁波谱中对比其它频率的电磁波，太赫兹波具有许多独特的响应特性，如瞬态性、无损性、高穿透性、低能量性等，使其作为探测技术的优势逐渐突显，并能实现真正意义上的无损探测。与传统光学方法形式的探测器相比，太赫兹电路与天线组合的探测器更加便捷、快速、稳定，可以实现探测器的小型化与便携化。

天线作为太赫兹探测器信号接受与发射的关键部分，其性能将直接影响信号接收与发射的质量。目前常见的太赫兹天线有喇叭天线、反射面天线、新材料天线和片上天线。但是太赫兹喇叭天线、反射面天线体积大、结构复杂、加工困难，很难与电路转接；新材料天线依赖新型材料的发展和加工工艺的创新，仍处于实验室研发阶段，也是未来太赫兹天线发展的一大潜力方向。随着CMOS技术的飞速发展，基于CMOS工艺的片上天线成为太赫兹天线设计的首选并得到广泛的应用。太赫兹天线的尺寸与频率大小成反比，当探测信号频率在太赫兹波段时，小尺寸的天线集成在CMOS芯片上，与集成电路结合在一起。片上天线可以很好的解决机械式天线转接电路困难的缺点，同时体积较小、制作简单、成本较低，易于集成化和阵列化的探测器设计。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明在此背景下，在CMOS工艺上采用0°与90°水平分量和垂直分量实现正交。圆形辐射贴片上的天线采用圆形结构连接两条相互垂直的微带线，引出的微带传输线连接NMOS管的源极，微带馈电线连接NMOS管的漏极，NMOS管的栅极连接偏置电压。通过调整NMOS管的栅极偏压，NMOS管导通，即闭合一个开关。微带线分别连接馈电端口1和馈电端口2，通过切换馈电端口来改变波束的切换状态。该天线主要应用于太赫兹探测器芯片设计中，与太赫兹电路集成在同一块芯片，设计成外差混频太赫兹探测器，在实现多频段探测的同时还有效提高探测器的灵敏度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种片上双馈电太赫兹正交极化天线设计方法，包括以下步骤：该天线将接收到的太赫兹波分解为空间上水平与垂直极化方向上两个信号，通过双馈电切换形成太赫兹辐射源，采用0°与90°水平分量和垂直分量实现正交，在金属圆形辐射贴片内部嵌入一个八边形，采用曲流技术开一个八边形的槽，通过改变电流方向增大天线的带宽以及增益，金属圆形辐射贴片通过微带传输线连接一个NMOS管的源极，NMOS管的漏极连接微带馈电线，NMOS管的栅极连接偏置电压，通过改变NMOS管的栅极偏压实现开关的闭合和断开，从而控制金属圆形辐射贴片是否连接微带馈电线，能够得到多种不同工作频率的天线，实现多频段探测。

进一步，金属圆形辐射贴片使用CMOS工艺的金属层设计。