[发明专利]一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置

说明书

本发明设计了一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置，包括天线辐射臂、介质基板、天线馈电结构、介质透镜；天线辐射臂用于传输行波电流并形成电磁辐射，实现信号从导波结构到自由空间的无线传输；介质基板的中间层用于支撑两侧的天线辐射臂，上下层介质基板起封装保护作用。馈电结构用于实现宽带馈电效果，同时使天线便于和太赫兹光电二极管形成平面集成。介质透镜用于对天线辐射能量的汇聚，使天线辐射方向图的定向性更好，提高该天线装置整体的增益。上述提出的太赫兹天线装置，采用接地共面波导到微带线的过渡馈电结构，不仅能实现天线的宽带化设计，而且该平面结构易于和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管形成集成。

技术领域

本申请涉及太赫兹天线和通信技术领域，尤其是一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置。

背景技术

通信数据量需求的激增对通信系统的容量及速率都提出更高的需求，超宽带太赫兹通信成为解决问题的重要技术。太赫兹天线作为通信系统中的关键器件之一，其性能好坏直接影响系统的通信容量和质量。由于太赫兹通信带宽很宽、通信路径损耗大，系统对天线的带宽及增益提出了更高的设计要求，所以超宽带高增益的天线性能至关重要。此外，随着通信系统的集成化程度越来越高，天线与收发前端的集成也是必然趋势，因此，超宽带、高增益且易于集成的太赫兹天线结构意义重大。

发明内容

基于上述背景，本申请公开了一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置。本发明提出的天线是一种新型平面结构的对跖Vivaldi天线，其工作在太赫兹频段，且具有超宽带高增益特性。

具体的，本发明首先提供了一种易于和光电二极管集成的超宽带高增益太赫兹天线装置，其包括：天线辐射臂、天线馈电结构、介质透镜、以及三层结构的介质基板；所述的天线辐射臂分成两部分，分别位于中间层介质基板的上下两侧，所述的天线馈电结构位于远离天线辐射臂形成开口的一侧，介质透镜放置于天线端射方向上距离天线一定位置处；

所述天线辐射臂，用于传输行波电流并形成电磁辐射；其位于中间层介质基板两侧的曲线结构形成了渐变槽形状，使电流在天线上传导时形成辐射信号；

所述天线馈电结构用于实现超宽带馈电效果，同时使天线辐射臂和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管形成集成；

所述介质透镜用于对天线辐射能量的汇聚，使天线辐射方向图的定向性更好，提高该天线装置整体的增益；

在所述三层结构的介质基板中，中间层介质基板用于固定天线辐射臂部分，上下两层介质基板材质相同且位于中间层的上下两侧，起到封装保护作用。

作为本发明的优选方案，天线辐射臂由位于中间层介质基板上下面的两块金属贴片组成，两块金属贴片关于中间层介质基板短边的中轴线对称；

所述金属贴片开槽线沿天线端射方向呈指数渐变规律；指数曲线是为了实现渐变形状，其他能实现渐变形状的曲线也可以。

所述金属贴片在其开槽曲线所形成面的一侧边缘加载了椭圆形贴片边缘。

作为本发明的优选方案，天线馈电结构由接地共面波导、微带线、平行双线三部分级联构成；

所述接地共面波导结构用于实现和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管集成；

所述的微带线和平行双线形成渐变的传输线结构实现宽带馈电效果。

作为本发明的优选方案，介质透镜的形状由一个半球体和一段圆柱体共同构成，透镜距离天线辐射口径面设定距离。

作为本发明的优选方案，该天线装置可与光电二极管集成，中间层介质基板材质与太赫兹光电二极管的生长衬底材质一致，上下层介质基板对中间层及天线起封装保护作用。

作为本发明的优选方案，所述天线馈电结构中，接地共面波导采用两侧开孔。