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太赫兹菲涅耳波带片透镜天线的研究

太赫兹菲涅耳波带片透镜天线的研究

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作者：曾威重庆邮电大学

学位级别：硕士

太赫兹(Terahertz,THz)波频率范围为0.1THz到10THz,位于高频无线电向远红外光过渡的区域。太赫兹波在医疗诊断、材料检测、成像等方面都表现出极大的优越性,尤其是太赫兹波在无线通信领域的应用给无线通信技术带来了重大变革。而天线是... 详细信息

太赫兹(Terahertz,THz)波频率范围为0.1THz到10THz,位于高频无线电向远红外光过渡的区域。太赫兹波在医疗诊断、材料检测、成像等方面都表现出极大的优越性,尤其是太赫兹波在无线通信领域的应用给无线通信技术带来了重大变革。而天线是任何无线通信系统不可或缺的组成部分,因此太赫兹天线具有重要的研究价值。本文将光学领域中的菲涅耳(Fresnel)波带片透镜引入太赫兹频段,在太赫兹第一大气传播窗口(320GHz到380GHz)内设计Fresnel透镜天线。为提高太赫兹通信天线的增益和定向性,设计了三款Fresnel波带片透镜天线,分别为方形开槽介质型、井字介质型和锥形环型。首先介绍了标量衍射理论并分析了Fresnel透镜的结构,根据基尔霍夫衍射公式计算了Fresnel波带片透镜在平面波入射时的聚焦场分布;随后根据透镜天线对其初级馈源的要求选择了标准增益角锥喇叭天线作为透镜天线的馈电结构;接着分析了方形开槽介质型Fresnel透镜天线的结构和辐射性能,并讨论了全波周期、焦距比、子区数和介质基底厚度等结构参数对其增益和方向性的影响,得到了该型透镜天线的最佳结构参数,仿真结果表明该透镜天线在带宽内的增益高于26.4dB,3dB主瓣宽度小于5.1?;然后基于方形Fresnel波带片透镜提出了井字形Fresnel透镜天线,仿真分析了其辐射性能并讨论了全波周期、焦距比和介质基底厚度对其远场辐射性能的影响,仿真结果表明该透镜天线在工作频率范围内增益高于26.9dB,3d B主瓣宽度小于5.5?;接着设计了锥形环Fresnel透镜天线,对其辐射性能进行了仿真分析,从半锥角、焦距比和全波周期等方面分析了透镜天线结构参数对其辐射性能的影响,并与经典Fresnel透镜天线进行了辐射性能的对比,仿真结果表明该透镜天线增益高于28.8dB,3dB主瓣宽度小于4.4?;然后分别对上述三款太赫兹Fresnel透镜进行了实物加工和实验测试,对测试结果和仿真结果进行了对比,并详细分析了测试误差;最后对比了三款透镜天线的辐射性能,并与其它太赫兹天线进行了比较。综上所述,本文设计的太赫兹Fresnel透镜天线辐射性能良好,满足太赫兹无线通信系统的要求。

关键词：太赫兹角锥喇叭天线菲涅耳透镜天线

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