專利名稱：一種基于太赫茲的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中的極化隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于太赫茲頻段的極化隔離器，屬于同步收發(fā)無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太赫茲(THz)技術(shù)之所以引起廣泛的關(guān)注，是由于THz脈沖電磁波具有極其寬廣的頻譜，在無(wú)線電物理領(lǐng)域稱為亞毫米波(SMMW)，在光學(xué)領(lǐng)域則習(xí)慣稱之為遠(yuǎn)紅外(FIR)。
目前，普遍采用的太赫茲頻段是由英國(guó)定義的100GHz lOTHz(現(xiàn)在研究較多的通常在0. 2 3THz范圍內(nèi))，它是介于毫米波和紅外光之間相當(dāng)寬的一個(gè)區(qū)域。1974年，THz首次在《微波理論與技術(shù)》(MTT)學(xué)報(bào)上出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)是用來(lái)描述米切爾森干涉計(jì)的光譜特性。此后，THz又被應(yīng)用于描述點(diǎn)接觸型二極管探測(cè)器的頻率特性。從頻譜分布來(lái)看，亞毫米波的低端與毫米波的高端相連，亞毫米波的高端則和紅外、光波相接。由此可知，本領(lǐng)域必然兼容微波、光波兩門技術(shù)學(xué)科的理論、研究方法和技術(shù)，并將逐漸發(fā)展成為一門知識(shí)密集和技術(shù)密集的綜合性分支學(xué)科。隨著近十幾年來(lái)超導(dǎo)技術(shù)、光學(xué)參量器件和各種激光器的發(fā)展，使THz技術(shù)的物理機(jī)制、檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)研究得到了全面發(fā)展。
收發(fā)隔離網(wǎng)絡(luò)是所有同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中(如雷達(dá)等)的重要部件之一，它起著隔離發(fā)射機(jī)電磁波信號(hào)以免其直接進(jìn)入接收機(jī)，達(dá)到保護(hù)接收機(jī)的作用。目前，在100GHz以下頻段，實(shí)現(xiàn)這一功能主要依靠固態(tài)電子開關(guān)和鐵氧體隔離器(環(huán)形器)。但當(dāng)頻率超過(guò)100GHz時(shí)，卻沒有固態(tài)電子開關(guān)和鐵氧體隔離器可以選用。 基于正交極化隔離原理的準(zhǔn)光學(xué)收發(fā)隔離網(wǎng)絡(luò)的工作原理為發(fā)射天線發(fā)射出的電磁波為線極化波(假設(shè)水平線極化波為Eo，垂直極化波為Ep)，水平線極化波將通過(guò)極化隔離裝置，而垂直線極化波將被隔離，也就是說(shuō)發(fā)射天線波束中心的功率密度與進(jìn)入接收天線的電磁波功率密度之比(隔離度)要求大于60dB以上。發(fā)射天線發(fā)射的水平線極化波通過(guò)極化隔離裝置后，其波束可能將有一定程度的發(fā)散，可通過(guò)透鏡將發(fā)散的電磁波進(jìn)行聚合。發(fā)射電磁波經(jīng)過(guò)透鏡后，進(jìn)入極化變換器。極化變換器起著將線極化波變換為圓極化波(假設(shè)為左旋)的作用，2軸萬(wàn)向節(jié)可以帶動(dòng)電磁波進(jìn)行空間的二維掃描。發(fā)射電磁波照射到被探測(cè)目標(biāo)后，其回波仍然是圓極化波，但是其旋向改變?yōu)榘l(fā)射波旋向的相反方向，即右旋圓極化波。此右旋圓極化波經(jīng)過(guò)極化變換器后將變?yōu)榫€極化波，其極化方向?qū)⒆優(yōu)榘l(fā)射線極化波的正交方向(即垂直線極化波)。此垂直線極化波經(jīng)過(guò)透鏡后，將由極化隔離裝置反射進(jìn)入接收天線。 目前，現(xiàn)有的適用于低頻段的極化正交隔離方法，均無(wú)法適用于215GHz — 224GHz頻段，國(guó)內(nèi)也并沒有相關(guān)的報(bào)道關(guān)于能夠解決該問題的方法或裝置；在國(guó)外，適用于此頻段范圍的極化隔離器的指標(biāo)尚達(dá)不到實(shí)用要求。 如果采用現(xiàn)有的鐵氧體隔離器方案，經(jīng)過(guò)仿真設(shè)計(jì)，在215GHz-224GHz頻段可望達(dá)到的最大隔離度為20dB，帶寬為lGHz。此指標(biāo)雖然在一些要求很低的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中可以應(yīng)用，但是對(duì)于作用距離較遠(yuǎn)的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)而言無(wú)法適用。此外，對(duì)于探測(cè)目標(biāo)雷達(dá)散射截面積較小的雷達(dá)來(lái)說(shuō)，一是隔離度指標(biāo)太低( 一般雷達(dá)要求收發(fā)隔離度60dB以上)，二是工作帶寬窄，不能發(fā)揮THz雷達(dá)大工作帶寬的優(yōu)勢(shì)( 一般220GHz雷達(dá)工作帶寬 可以達(dá)到5GHz以上)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種適用于太赫茲頻段為
215GHz-224GHz的極化隔離器。 本發(fā)明裝置所采用的技術(shù)方案為 —種基于太赫茲的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中的極化隔離器，包括一個(gè)基底和在該基底 表面經(jīng)微加工工藝噴涂的多條金屬線條柵格。 其中，所述基底厚度不大于0. 35mm ;直徑越大越好，但不小于lOOmm。選取基底的 材質(zhì)時(shí)，要求其在215GHz以上具有對(duì)于電磁波穿透率不小于-1. 5dB的性質(zhì)，同時(shí)，基底材 質(zhì)的摩氏硬度值在5-7之間。 所述每一條金屬線條柵格均為等寬線條，且線寬不大于10 m，厚度不超過(guò)lum。 每?jī)蓷l金屬線條柵格之間的距離相等，間距值的大小在70 m-100 m之間選取。金屬線條 柵格的電導(dǎo)率越高越好，但不能低于鋁。
有益效果 本發(fā)明所提出的極化隔離器，經(jīng)試測(cè)檢測(cè)，對(duì)于太赫茲頻段為215GHz 224GHz 的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)，其隔離度不小于60dB，對(duì)于正交極化波分別實(shí)現(xiàn)傳輸損耗不大于 1. 9dB，輸入功率不大于20W。 通過(guò)采用本發(fā)明裝置，THz技術(shù)可廣泛地應(yīng)用于軍事、醫(yī)學(xué)、天文、生物等領(lǐng)域，具 有極大的科研和實(shí)用價(jià)值。尤其是對(duì)于THz雷達(dá)而言，由于毫米波段收發(fā)隔離網(wǎng)絡(luò)不適用 于THz波段，而本發(fā)明提出的極化隔離器為研制THz雷達(dá)提供了更好的方案，使THz雷達(dá)的 實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單。


圖1為本發(fā)明所述極化隔離器的俯視結(jié)構(gòu)圖； 圖2為采用本發(fā)明所述極化隔離器進(jìn)行電磁波收發(fā)隔離的原理圖； 圖3為Eo狀態(tài)下電磁波穿過(guò)極化隔離器的損耗示意圖； 圖4為Eo狀態(tài)下進(jìn)入接收天線方向與發(fā)射方向的差值示意圖； 圖5為Ep狀態(tài)下反射波損耗示意圖。 其中，l-金屬線條柵格、2-基底。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 —種基于太赫茲的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中的極化隔離器，其結(jié)構(gòu)如圖所示，包括一 個(gè)基底2和在該基底表面經(jīng)微加工工藝噴涂的多條金屬線條柵格1。 其中，所述基底2厚度越薄越好，但不大于0. 35mm ;基底2直徑越大越好，但不 小于lOOmm。選取基底2的材質(zhì)時(shí)，要求其在215GHz以上具有對(duì)于電磁波穿透率不小 于-1. 5dB的性質(zhì)，同時(shí)，基底2材質(zhì)的摩氏硬度值在3-7之間。例如，基底2可采用石英玻璃、聚四氟乙烯等。 所述每一條金屬線條柵格1均為等寬線條，且其線寬d不大于10 ii m，厚度不超過(guò) lum。每?jī)蓷l金屬線條柵格之間的距離相等，間距值的大小在70 ii m-100 y m之間選取。金
屬線條柵格1的電導(dǎo)率越高越好，但不能低于鋁，例如可采用鋁、鉬、銀等等。
實(shí)施例1 —種基于太赫茲的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中的極化隔離器，包括一個(gè)基底2和在該基 底表面經(jīng)微加工工藝噴涂的多條金屬線條柵格1。 其中，所述基底2厚度為0. 3mm ;直徑為100mm。所述基底2的材質(zhì)為石英玻璃。
所述每一條金屬線條柵格1均為等寬線條，線寬d均為5 ii m，厚度為lum。每?jī)蓷l 金屬線條柵格之間的距離相等，間距值為85 ii m。金屬線條柵格1的材質(zhì)選用鋁。
為驗(yàn)證數(shù)值仿真結(jié)果的正確性，確認(rèn)采用本實(shí)施例所述極化隔離器的天線的實(shí)際 性能，在電波暗室對(duì)實(shí)施例1的性能進(jìn)行了測(cè)量。如圖2所示，假設(shè)本極化隔離器分別用 于太赫茲頻段為215GHz 、 216GHz 、 217GHz 、 218GHz 、 219GHz 、 220GHz 、 22 lGHz 、 222GHz 、 223GHz 、 224GHz的雷達(dá)中。將本實(shí)施例所述極化隔離器噴涂有金屬線條柵格1的一面朝向發(fā)射天 線，并且該面要與發(fā)射波發(fā)射方向成45。角；未涂有噴涂有金屬線條柵格1的一面與接收 天線方向之間呈45。角，使反射波能夠被極化隔離器反射至接收天線。發(fā)射天線發(fā)射出的 電磁波為線極化波(假設(shè)水平線極化波為Eo，垂直極化波為Ep)，水平線極化波將通過(guò)極化 隔離器，而垂直線極化波將被隔離。發(fā)射天線發(fā)射的水平線極化波通過(guò)極化隔離器后，進(jìn)入 極化變換器。極化變換器將線極化波變換為圓極化波(假設(shè)為左旋)的作用，2軸萬(wàn)向節(jié)帶 動(dòng)電磁波進(jìn)行空間的二維掃描。發(fā)射電磁波照射到被探測(cè)目標(biāo)后，其回波仍然是圓極化波， 但是其旋向改變?yōu)榘l(fā)射波旋向的相反方向，即右旋圓極化波。此右旋圓極化波經(jīng)過(guò)極化變 換器后將變?yōu)榫€極化波，其極化方向?qū)⒆優(yōu)榘l(fā)射線極化波的正交方向(即垂直線極化波)。 此垂直線極化波經(jīng)由極化隔離器反射進(jìn)入接收天線。測(cè)量結(jié)果如圖3、圖4、圖5所示。由圖4可知，采用本實(shí)施例對(duì)雷達(dá)天線進(jìn)行收發(fā) 隔離后，雷達(dá)發(fā)射天線的發(fā)射波經(jīng)過(guò)目標(biāo)反射進(jìn)入接收天線后，其同極化回波進(jìn)入接收天 線的衰減小于_40(18，完全達(dá)到保護(hù)接收機(jī)的作用。
實(shí)施例2 —種基于太赫茲的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中的極化隔離器，包括一個(gè)基底2和在該基 底表面經(jīng)微加工工藝噴涂的多條金屬線條柵格1。 其中，所述基底2厚度為0. 35mm ;直徑為150mm。所述基底2的材質(zhì)為聚四氟乙 烯。 所述每一條金屬線條柵格1均為等寬線條，線寬d均為8 ii m，厚度為0. 8um。每?jī)?條金屬線條柵格之間的距離相等，間距值為70 ii m。金屬線條柵格1的材質(zhì)選用銀。
實(shí)施例3 —種基于太赫茲的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中的極化隔離器，包括一個(gè)基底2和在該基 底表面經(jīng)微加工工藝噴涂的多條金屬線條柵格1。 其中，所述基底2厚度為0. 35mm ;直徑為200mm。所述基底2的材質(zhì)為石英玻璃。
所述每一條金屬線條柵格l均為等寬線條，線寬d均為10iim，厚度為lum。每?jī)?條金屬線條柵格之間的距離相等，間距值為100 ym。金屬線條柵格l的材質(zhì)選用鉑。
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實(shí)施例2和實(shí)施例3測(cè)試過(guò)程同理實(shí)施例1，其同極化回波進(jìn)入接收天線的衰減也 小于-40dB，完全達(dá)到性能要求。需要指出的是，本發(fā)明并不僅限定于上述三種實(shí)施例。只 要所采用的技術(shù)方案與本說(shuō)明書發(fā)明內(nèi)容中所述的技術(shù)手段相同或相類似，均落在本發(fā)明 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于太赫茲的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中的極化隔離器，用于太赫茲頻段為215GHz～224GHz的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)，包括一個(gè)基底(2)和在該基底表面經(jīng)微加工工藝噴涂的多條金屬線條柵格(1)，其特征在于所述基底(2)厚度不能大于0.35mm，基底(2)直徑不小于100mm；基底(2)的材質(zhì)要求其在215GHz以上具有對(duì)于電磁波穿透率不小于-1.5dB的性質(zhì)，同時(shí)，基底(2)材質(zhì)的硬度值在3-7之間；所述每一條金屬線條柵格(1)均為等寬線條，且其線寬d不大于10μm，厚度不超過(guò)1um；每?jī)蓷l金屬線條柵格之間的距離相等，間距值的大小在70μm-100μm之間選??；金屬線條柵格(1)的電導(dǎo)率不能低于鋁；使用時(shí)，將極化隔離器噴涂有金屬線條柵格(1)的一面朝向發(fā)射天線，并且該面要與發(fā)射波發(fā)射方向呈45°角；未涂有噴涂有金屬線條柵格(1)的一面與接收天線方向之間呈45°角，使反射波能夠被極化隔離器反射至接收天線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于太赫茲的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中的極化隔離器，解決了太赫茲頻段為215GHz～224GHz的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)中的極化正交隔離問題，屬于同步收發(fā)無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括一個(gè)基底和在該基底表面經(jīng)微加工工藝噴涂的多條金屬線條柵格。每一條金屬線條柵格均為等寬線條，每?jī)蓷l金屬線條柵格之間存在間距。本發(fā)明對(duì)于太赫茲頻段為215GHz～224GHz的同步收發(fā)無(wú)線系統(tǒng)，其隔離度不小于60dB，對(duì)于正交極化波分別實(shí)現(xiàn)傳輸損耗不大于1.9dB，輸入功率不大于20W。通過(guò)采用本發(fā)明裝置，THz技術(shù)可廣泛地應(yīng)用于軍事、醫(yī)學(xué)、天文、生物等領(lǐng)域，具有極大的科研和實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H01Q15/00GK101740873SQ20101000055
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者房麗麗, 王學(xué)田 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)