一种新型宽带梳状太赫兹微带天线

1.本发明涉及太赫兹微带天线技术领域，具体为一种新型宽带梳状太赫兹微带天线。


背景技术：

2.近年来，随着太赫兹天线技术在宽带高速无线通信系统、成像和传感等领域的潜在应用越来越受到人们的关注。在各种太赫兹天线结构中，太赫兹微带天线因其体积小、重量轻、外形薄等优点而越来越受到研究者的重视，但与波导天线相比，太赫兹微带天线损耗较大。为了弥补微带天线的高损耗特性，太赫兹微带天线需要尽可能多地使用辐射元件。此外，太赫兹微带天线还需要采用馈电网络与辐射元件的低损耗结构，以此来降低损耗。
3.微带天线具有制造成本低、尺寸小、剖面低等优点，广泛应用于雷达和通信等领域。但是传统的太赫兹微带天线通常具有较窄的工作带宽，这严重限制了它们在太赫兹通信系统中广泛应用。因此，本领域技术人员提供了一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，能够减小大宽度辐射元件上的横向电流流动，设计有三种不同结构的辐射元件组成的梳状线阵天线，通过在辐射元件周围加入寄生贴片，进一步扩展天线的带宽，能够达到梳状微带天线宽带宽的设计要求，受加工误差影响较小，具有小型化、易加工等工程实用性。
5.技术方案
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，包括金属地板、介质基板和梳状线阵天线；所述梳状线阵天线位于介质基板表面；所述金属地板位于介质基板的底部；所述梳状线阵天线包括50欧姆微带线、阻抗变换器、天线辐射单元、寄生单元和微带馈线；所述微带馈线与天线辐射单元相连接；所述天线辐射单元由三种不同结构的辐射元件一、辐射元件二、辐射元件三构成。
7.优选的，所述天线辐射单元由辐射元件一、辐射元件二、辐射元件三和微带馈线将其串联起来并沿着微带馈线长度方向左右交替分布，相邻所述辐射元件一、辐射元件二、辐射元件三间距约半个导波波长且每个辐射元件一、辐射元件二、辐射元件三具有相同相位。
8.优选的，所述辐射元件一、辐射元件二、辐射元件三的宽度遵循切比雪夫分布，其宽度从所述微带馈线的中间向两端逐渐变小且辐射元件一、辐射元件二、辐射元件三的长度都保持不变。
9.优选的，所述介质基板选取taconic tly-5且介电常数为2.2、厚度为0.127mm。
10.优选的，所述寄生单元包括寄生贴片一和寄生贴片二，所述寄生贴片一和寄生贴片二分别设置在天线辐射元件的上侧和左右两侧，所述寄生单元与天线辐射单元的数量相等。
11.优选的，所述辐射元件一、辐射元件二、辐射元件三的总数量为18个。
12.优选的，所述寄生贴片一和寄生贴片二均为矩形，设置在天线辐射单元的上侧的寄生贴片一长度为该辐射元件宽度的两倍，宽度为0.1mm，设置在辐射元件的两侧的寄生贴片二长度为该辐射元件长度的2/3倍，宽度为0.1mm。
13.优选的，所述天线辐射单元靠中间位置的大宽度辐射元件二，通过缩小了辐射元件二与馈线连接部分的宽度w1，减小大宽度辐射元件二上的横向电流流动。
14.优选的，所述天线辐射单元靠中间位置的大宽度辐射元件三顶部增加一个上边宽为w2、下边宽为w3的槽口，改变了辐射元件三的表面电流，进一步减少横向电流。
15.优选的，所述50欧姆微带线与天线辐射单元和微带馈线之间通过四分之一导波波长阻抗变换器相连接，并完成阻抗匹配。
16.有益效果
17.本发明提供了一种新型宽带梳状太赫兹微带天线。具备以下有益效果：本发明提供了一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，通过缩小了辐射元件与微带馈线连接部分的宽度，减小大宽度辐射元件上的横向电流流动，通过在辐射元件的顶部增加一个缺口，进一步减少横向电流，通过在辐射元件周围加入寄生贴片，进一步扩展天线的带宽。
18.本发明提供了一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，设计有三种不同结构的辐射元件组成的梳状线阵天线，达到梳状太赫兹微带天线宽带的设计要求，采用50欧姆微带馈线，可以实现良好的阻抗匹配。
19.本发明提供了一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，受加工误差影响较小，天线辐射特性稳定，具有剖面低，重量轻且易于微波电路集成等工程实用性。
附图说明
20.图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明新型梳状线阵天线结构示意图；图3为本发明新型梳状线阵天线辐射元件一的局部放大示意图；图4为本发明新型梳状线阵天线辐射元件二的局部放大示意图；图5为本发明新型梳状线阵天线辐射元件三的局部放大示意图；图6为本发明新型梳状线阵天线反射系数随频率变化图；图7为本发明天线2d辐射方向图。
21.其中，1、金属地板；2、介质基板；3、梳状线阵天线；31、天线辐射单元；301、50欧姆微带线；302、阻抗变换器；303、微带馈线；304、辐射元件一；305、辐射元件二；306、辐射元件三；32、寄生单元；307、寄生贴片一；308、寄生贴片二。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.实施例：如图1-7所示，本发明实施例提供一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，金属地板1、介质基板2和梳状线阵天线3；梳状线阵天线3位于介质基板2表面；金属地板1位于介质基板2的底部；梳状线阵天线3包括50欧姆微带线301、阻抗变换器302、天线辐射单元31、寄生单元32和微带馈线303；微带馈线303与天线辐射单元31相连接；上述技术方案的工作原理和有益效果为：该梳状线阵天线3设计简单，辐射贴片间距相等，提升天线容差性，简化天线设计，使天线能容易实现设计与加工。
24.天线辐射单元31由三种不同结构的辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三306构成。
25.天线辐射单元31由辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三306和微带馈线303将其串联起来并沿着微带馈线303长度方向左右交替分布，相邻辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三306间距约半个导波波长且每个辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三306具有相同相位。
26.辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三306的宽度遵循切比雪夫分布，其宽度从微带馈线303的中间向两端逐渐变小且辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三306的长度都保持不变。
27.上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过以上设计可以得到较优的辐射方向性；同时天线辐射单元呈几何结构中心对称，每两个相邻辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三305的间距也相等。
28.介质基板2选取taconic tly-5且介电常数为2.2、厚度为0.127mm。
29.寄生单元32包括寄生贴片一307和寄生贴片二308，寄生贴片一307和寄生贴片二308分别设置在天线辐射元件21的上侧和左右两侧，寄生单元32与天线辐射单元31的数量相等。
30.辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三306的总数量为18个。
31.需要说明的是，辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三306的数量可以为2个、4个、6个、8个等，具体数目可以根据天线指标调整，本发明实施例对辐射元件一304、辐射元件二305、辐射元件三306的数量不限于此。
32.寄生贴片一307和寄生贴片二308均为矩形，设置在天线辐射单元31的上侧的寄生贴片一307长度为该辐射元件宽度的两倍，宽度为0.1mm，设置在辐射元件的两侧的寄生贴片二308长度为该辐射元件长度的2/3倍，宽度为0.1mm。
33.天线辐射单元31靠中间位置的大宽度辐射元件二305，通过缩小了辐射元件二305与馈线连接部分的宽度w1，减小大宽度辐射元件二305上的横向电流流动。
34.天线辐射单元31靠中间位置的大宽度辐射元件三306顶部增加一个上边宽为w2、下边宽为w3的槽口，改变了辐射元件三306的表面电流，进一步减少横向电流。
35.上述技术方案的工作原理和有益效果为；通过缩小了辐射元件与微带馈线303连接部分的宽度，减小大宽度辐射元件上的横向电流流动，通过在辐射元件的顶部增加一个缺口，进一步减少横向电流。设计三种不同结构的天线辐射单元31组成的梳状线阵天线3，达到梳状太赫兹微带天线宽带的设计要求。
36.50欧姆微带线301与天线辐射单元31和微带馈线303之间通过四分之一导波波长阻抗变换器302相连接，并完成阻抗匹配。
37.上述技术方案的工作原理和有益效果为：采用50欧姆微带线301，可以实现良好的宽带阻抗匹配。
38.通过对本发明实施例提供的天线进行仿真测试，本发明实施例提供的天线效果能够达到预期的技术效果，以下进行详细说明。
39.对本发明实施例提供的天线进行关于天线回波损耗曲线s11的仿真测试，仿真结果表明，95.28-130.39ghz频段范围内，反射系数，即该阵列天线的-10db阻抗带宽为35.11ghz。
40.上述数据说明了在该频段内工作，天线的反射系数小，阻抗特性好，可以正常工作。同时该数据也表明本发明实施例提供的天线具有良好的宽频带特性。
41.对本发明实施例提供的微带天线2d辐射方向进行仿真测试。仿真结果表明，可以看出，e面波束宽度为11.75
º
，h面波束宽度为51.13
º
，e面副瓣电平优于-17.7db，天线的增益为17db，方向性良好。
42.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，包括金属地板（1）、介质基板（2）和梳状线阵天线（3），其特征在于：所述梳状线阵天线（3）位于介质基板（2）表面；所述金属地板（1）位于介质基板（2）的底部；所述梳状线阵天线（3）包括50欧姆微带线（301）、阻抗变换器（302）、天线辐射单元（31）、寄生单元（32）和微带馈线（303）；所述微带馈线（303）与天线辐射单元（31）相连接；所述天线辐射单元（31）由三种不同结构的辐射元件一（304）、辐射元件二（305）、辐射元件三（306）构成；所述50欧姆微带线（301）与天线辐射单元（31）和微带馈线（303）之间通过四分之一导波波长阻抗变换器（302）相连接。2.根据权利要求1所述的一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，其特征在于：所述天线辐射单元（31）由辐射元件一（304）、辐射元件二（305）、辐射元件三（306）和微带馈线（303）将其串联起来并沿着微带馈线（303）长度方向左右交替分布，相邻所述辐射元件一（304）、辐射元件二（305）、辐射元件三（306）间距约半个导波波长且每个辐射元件一（304）、辐射元件二（305）、辐射元件三（306）具有相同相位。3.根据权利要求1所述的一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，其特征在于：所述辐射元件一（304）、辐射元件二（305）、辐射元件三（306）的宽度遵循切比雪夫分布，其宽度从所述微带馈线（303）的中间向两端逐渐变小且辐射元件一（304）、辐射元件二（305）、辐射元件三（306）的长度都保持不变。4.根据权利要求1所述的一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，其特征在于：所述介质基板（2）选取taconic tly-5且介电常数为2.2、厚度为0.127mm。5.根据权利要求1所述的一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，其特征在于：所述寄生单元（32）包括寄生贴片一（307）和寄生贴片二（308），所述寄生贴片一（307）和寄生贴片二（308）分别设置在天线辐射元件（21）的上侧和左右两侧，所述寄生单元（32）与天线辐射单元（31）的数量相等。6.根据权利要求3所述的一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，其特征在于：所述辐射元件一（304）、辐射元件二（305）、辐射元件三（306）的总数量为18个。7.根据权利要求5所述的一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，其特征在于：所述寄生贴片一（307）和寄生贴片二（308）均为矩形，设置在天线辐射单元（31）的上侧的寄生贴片一（307）长度为该辐射元件宽度的两倍，宽度为0.1mm，设置在辐射元件的两侧的寄生贴片二（308）长度为该辐射元件长度的2/3倍，宽度为0.1mm。8.根据权利要求3所述的一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，其特征在于：所述天线辐射单元（31）靠中间位置的大宽度辐射元件二（305），通过缩小了辐射元件二（305）与馈线连接部分的宽度w1，减小大宽度辐射元件二（305）上的横向电流流动。9.根据权利要求3所述的一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，其特征在于：所述天线辐射单元（31）靠中间位置的大宽度辐射元件三（306）顶部增加一个上边宽为w2、下边宽为w3的槽口，改变了辐射元件三（306）的表面电流，进一步减少横向电流。10.根据权利要求1所述的一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，其特征在于：所述50欧
姆微带线（301）与天线辐射单元（31）和微带馈线（303）之间通过四分之一导波波长阻抗变换器（302）相连接，并完成阻抗匹配。

技术总结
本发明提供一种新型宽带梳状太赫兹微带天线，涉及太赫兹微带天线技术领域。该梳状太赫兹微带天线，包括金属地板、介质基板和梳状线阵天线，所述梳状线阵天线位于介质基板表面，所述金属地板位于介质基板的底部，所述梳状线阵天线包括50欧姆微带线、阻抗变换器、天线辐射单元、寄生单元和微带馈线，所述微带馈线与天线辐射单元相连接，所述天线辐射单元由三种不同结构的辐射元件一、辐射元件二、辐射元件三构成。本发明中，可以减小大宽度辐射元件上的横向电流流动，设计有三种不同结构的辐射元件组成的梳状线阵天线，能够达到梳状微带天线宽带宽的设计要求，受加工误差影响较小，具有小型化、易加工等工程实用性。易加工等工程实用性。易加工等工程实用性。


技术研发人员：宋健 李宏伟 窦江玲 沈韬 王青旺 丁鹏辉 张苗 李静 谢杰
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/10/7