【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及太赫茲天線領域，尤其涉及一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線。
技術介紹
1、在射頻集成系統中，為了實現動態通信、點云成像和掃描雷達等功能，往往需要對目標區域進行全方位的掃描探測，因此具備波束掃描功能的天線具有重要應用價值。在傳統的波束掃描天線往往采用電控相控陣或者機械掃描天線來實現，其中電控相控陣需要集成成千上萬個天線單元和調諧器件，不僅成本高、集成難，而且存在散熱損耗大、波束控制復雜的問題，同時在毫米波/太赫茲等高頻段，由于高頻變容二極管和pin開關技術不成熟，太赫茲相控陣遠達不到可以實際應用的程度。而機械掃描天線也存在體積大、掃描速度慢、成本高的問題，因此研究一種成本低、結構簡單、適用頻段廣的波束掃描天線具有重要意義。
2、頻率掃描天線是一種電磁波束指向隨頻率改變而改變的天線，該類天線不僅可以通過改變信號源頻率實現電控波束掃描，也可以利用寬頻帶信號實現同時大范圍覆蓋，具有低成本、可實現頻域波束掃描的優勢。目前，頻率掃描天線主要基于波導縫隙天線、人工電磁超材料、梯度饋電網絡和偏饋陣列等方式來實現。其中，基于波導縫隙天線的頻率掃描天線結構簡單、適用頻段廣，但掃描范圍小、工作帶寬窄；基于人工電磁超材料的頻率掃描天線掃描范圍大，但只適用低頻段、結構復雜；基于梯度饋電網絡的頻率掃描天線適用頻段廣、掃描范圍大、容易實現二維掃描，但體積大、加工成本高；基于偏饋陣列的頻率掃描天線適用頻段廣、體積小，但掃描范圍小、不能二維掃描。
3、綜上，現有的各類頻率掃描天線仍然存在一些問題，難以滿足當前太赫茲等高
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的：
3、本專利技術的第一方面，提供一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，包括：
4、饋電陣列，包括金屬基板和開設于金屬基板上的矩形波導饋電陣列；
5、直角梯形金屬空腔，包括直角腰側和斜腰側；直角梯形金屬空腔的直角腰側與所述矩形波導饋電陣列的饋出側連接；
6、頻移介質透鏡包括介質基板和位于介質基板上方的介質賦形透鏡；所述介質基板與直角梯形金屬空腔的斜腰側連接；所述介質賦形透鏡包括沿介質基板橫向和縱向分布的n*m個賦形單元，每個賦形單元的長度和寬度相等，每個賦形單元的高度用以下方式計算：
7、以頻移介質透鏡的中心位置為坐標原點，頻移介質透鏡各賦形單元的相位分布φij滿足公式：
8、
9、根據據相位分布φij，計算出各個賦形單元的高度分布：
10、
11、式中，λ0為中心工作頻率對應的真空波長，f為頻移介質透鏡的焦距，(fcosα,0,fsinα)為饋電陣列中心位置的坐標，α為直角梯形金屬空腔的斜腰底角，(xij,yi)為對應賦形單元位于介質基板所在平面的中心坐標，為天線中心工作頻率的波束指向，εr為頻移介質透鏡所用介質材料的介電常數。
12、進一步地，所述矩形波導饋電陣列中的每個矩形波導橫向排列且完全相同，矩形波導的尺寸為國際標準波導尺寸，通過天線中心工作頻率選擇對應的矩形波導尺寸；
13、所述矩形波導饋電陣列的排列周期需大于矩形波導的寬度。
14、進一步地，所述直角梯形金屬空腔的中位線等于頻移介質透鏡的焦距，直角梯形金屬空腔的高度等于金屬基板的高度，直角梯形金屬空腔的寬度等于金屬基板的寬度。
15、進一步地，所述金屬基板、直角梯形金屬空腔的外殼采用鋁、銅、銀、鎳和金中的一種；
16、所述介質基板和介質賦形透鏡采用光敏樹脂、高分子聚合物、硅、石英材料中的一種。
17、進一步地，所述賦形單元的長度和寬度需小于或等于1/2工作波長。
18、進一步地，所述直角梯形金屬空腔的斜腰底角α＜90°。
19、本專利技術的有益效果是：
20、在本專利技術的一示例性實施例中，通過饋電陣列和頻移介質透鏡集成的方式，實現時域波束掃描和頻域波束掃描的融合，具有時頻融合二維掃描、波束分辨率高的優勢；并且通過采用頻移介質透鏡實現偏移和輻射端，具有增益任意擴展、不存在柵瓣、工作帶寬大的優勢；通過采用多端口饋電陣列，具有波束掃描范圍大、掃描范圍可修改和擴展的優勢。
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1.一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，其特征在于：包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，其特征在于：所述矩形波導饋電陣列中的每個矩形波導橫向排列且完全相同，矩形波導的尺寸為國際標準波導尺寸，通過天線中心工作頻率選擇對應的矩形波導尺寸；
3.根據權利要求1所述的一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，其特征在于：所述直角梯形金屬空腔的中位線等于頻移介質透鏡的焦距，直角梯形金屬空腔的高度等于金屬基板的高度，直角梯形金屬空腔的寬度等于金屬基板的寬度。
4.根據權利要求1所述的一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，其特征在于：所述金屬基板、直角梯形金屬空腔的外殼采用鋁、銅、銀、鎳和金中的一種；
5.根據權利要求1所述的一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，其特征在于：所述賦形單元的長度和寬度需小于或等于1/2工作波長。
6.根據權利要求1所述的一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，其特征在于：所述直角梯形金屬空腔的斜腰底角α＜90°。
【技術特征摘要】
1.一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，其特征在于：包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，其特征在于：所述矩形波導饋電陣列中的每個矩形波導橫向排列且完全相同，矩形波導的尺寸為國際標準波導尺寸，通過天線中心工作頻率選擇對應的矩形波導尺寸；
3.根據權利要求1所述的一種基于介質透鏡的太赫茲多波束頻掃天線，其特征在于：所述直角梯形金屬空腔的中位線等于頻移介質透鏡的焦距，直角梯形金屬空腔的高度等于金屬基板的高度，直...
【專利技術屬性】
技術研發人員：于偉華，彭洪，張智超，鄧長江，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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