一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，包括依次首尾相連的介質(zhì)諧振器加載片載天線、片載天線-波導(dǎo)過渡腔體、矩形波導(dǎo)和輻射方喇叭天線。其中，介質(zhì)諧振器加載片載天線包括相互連接的介質(zhì)諧振器和片載天線，該片載天線與片載天線-波導(dǎo)過渡腔體連接，且介質(zhì)諧振器通常置于片載天線的輻射貼片之上。本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙，通過該種結(jié)構(gòu)，能夠有效地避免太赫茲系統(tǒng)中各功能模塊電氣互連帶來的損耗和不確定性，同時(shí)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的天線增益大大提高，經(jīng)測(cè)試其增益超過了24dB，完全能夠滿足各種對(duì)天線增益要求高的場(chǎng)合（如太赫茲雷達(dá)、通信等）。
【專利說明】一種太赫茲波片載_波導(dǎo)_喇ΡΛ轉(zhuǎn)換天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子學(xué)、毫米波、太赫茲(100GHz~10THz)【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種天線，具體地講，是涉及一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，太赫茲波的研究在世界范圍內(nèi)受到了極大的關(guān)注，開發(fā)電磁波譜中最后一個(gè)尚未得到廣泛應(yīng)用的波段的技術(shù)變得越來越重要。同時(shí)，隨著集成電路的發(fā)展，把太赫茲收發(fā)組件集成在微小的芯片上面成為了現(xiàn)實(shí)。
[0003]天線，作為接收端的第一個(gè)元件和發(fā)射端的最后一個(gè)元件，都必須與電路相連接，因此為了保證最大功率傳輸，阻抗匹配是必不可少的環(huán)節(jié)。此外，由于天線是常規(guī)PCB上實(shí)現(xiàn)，金絲鍵合用于將它們連接到集成電路，可以極大地影響匹配，尤其是在太赫茲這么高的頻段，因?yàn)檫@些鍵合線通常具有不確定性，不能保證可重復(fù)性。相比之下，片載天線可以與前級(jí)電路一次集成，緩解了上述問題。
[0004]然而，在現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝中，襯底一般具有較低的電阻率(通常ΙΟΩ πι)，天線向空間輻射的能量更多的通過襯底的低電阻路徑，從而導(dǎo)致增益下降。同時(shí)，襯底通常還具有高介電常數(shù)(εT=11.9)，導(dǎo)致天線的輻射功率被限制在襯底里邊，而不是被輻射到自由空間，進(jìn)一步降低了輻射效率。
[0005]而且，片載天線受限于輻射面積以及輻射效率，其增益往往處于一個(gè)非常低的水平(通常小于OdB)，無法滿足對(duì)天線增益要求高的場(chǎng)合(例如調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)，通常要求天線增益高于20dB)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，解決現(xiàn)有技術(shù)中片載天線有效截面積小、天線效率低，導(dǎo)致天線增益低的問題，使得無法應(yīng)用于對(duì)天線增益要求高的場(chǎng)合。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，包括依次首尾相連的介質(zhì)諧振器加載片載天線、片載天線-波導(dǎo)過渡腔體、矩形波導(dǎo)和輻射方喇叭天線。
[0008]進(jìn)一步地,所述介質(zhì)諧振器加載片載天線包括相互連接的介質(zhì)諧振器和片載天線，其中片載天線與片載天線-波導(dǎo)過渡腔體連接。
[0009]具體來講，所述片載天線為線極化片載天線。作為優(yōu)選，所述線極化片載天線為矩形貼片天線或片載振子天線，或其他形式的線極化天線。
[0010]所述介質(zhì)諧振器的長(zhǎng)度為0.5-0.7 λ ,寬度為0.5 λ ,厚度小于0.2 λ ,其中λ為電
磁波在介質(zhì)諧振器內(nèi)的工作波長(zhǎng)。其通常置于片載天線的輻射貼片之上。
[0011]所述片載天線-波導(dǎo)過渡腔體為方形喇叭狀腔體，其大端倒扣于片載天線上，其小端鏈接到矩形波導(dǎo)，并使得矩形波導(dǎo)窄邊與片載天線的極化方向一致，使得矩形波導(dǎo)于主模工作。該主模為TEltl模。
[0012]所述輻射方喇叭天線為方形喇叭天線，其小端鏈接到矩形波導(dǎo)。
[0013]為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述矩形波導(dǎo)與片載天線-波導(dǎo)過渡腔體、輻射方喇叭天線的鏈接拐彎處均采用1/4圓周過渡。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙，通過該種結(jié)構(gòu)，能夠有效地避免太赫茲系統(tǒng)中各功能模塊電氣互連帶來的損耗和不確定性，同時(shí)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的天線增益大大提高，經(jīng)測(cè)試其增益超過了 24dB，完全能夠滿足各種對(duì)天線增益要求高的場(chǎng)合(如太赫茲雷達(dá)、通信等)，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。并且，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明中介質(zhì)諧振器加載片載天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明-實(shí)施例的回波損耗圖。
[0018]圖4為本發(fā)明-實(shí)施例的方向圖。
[0019]上述附圖中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件名稱如下:
1-介質(zhì)諧振器加載片載天線，2-片載天線-波導(dǎo)過渡腔體，3-矩形波導(dǎo)，4-輻射方喇口八天線，5-介質(zhì)諧振器,6-片載天線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0021]如圖1和圖2所示，該太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，包括依次首尾相連的介質(zhì)諧振器加載片載天線1、片載天線-波導(dǎo)過渡腔體2、矩形波導(dǎo)3和輻射方喇叭天線4。其中，介質(zhì)諧振器加載片載天線包括相互連接的介質(zhì)諧振器5和片載天線6，該片載天線與片載天線-波導(dǎo)過渡腔體連接，且介質(zhì)諧振器通常置于片載天線的輻射貼片之上。
[0022]具體來講，所述片載天線為線極化片載天線。作為優(yōu)選，所述線極化片載天線為矩形貼片天線或片載振子天線，或其他形式的線極化天線。
[0023]所述介質(zhì)諧振器的長(zhǎng)度為0.5-0.7 λ ,寬度為0.5 λ ,厚度小于0.2 λ ,其中λ為電磁波在介質(zhì)諧振器內(nèi)的工作波長(zhǎng)。
[0024]所述片載天線-波導(dǎo)過渡腔體為方形喇叭狀腔體，其大端倒扣于片載天線上，其小端鏈接到矩形波導(dǎo)，并使得矩形波導(dǎo)窄邊與片載天線的極化方向一致，使得矩形波導(dǎo)于主模工作。該主模為TEltl模。
[0025]所述輻射方喇叭天線為方形喇叭天線，其小端鏈接到矩形波導(dǎo)。
[0026]當(dāng)矩形波導(dǎo)上存在拐彎或其設(shè)置方向與其鏈接的部件方向不一致時(shí)，該矩形波導(dǎo)的拐彎處均采用1/4圓周過渡。
[0027]由此整個(gè)天線的增益設(shè)計(jì)超過24dB。[0028]以140GHz作為工作頻率，介質(zhì)諧振器5選用Al2O3陶瓷介質(zhì)諧振器，尺寸為500*600*200um3 ;片載天線6選用背腔式片載天線，由七層金屬層的0.13umBiCM0S工藝制作，其最頂層金屬層的厚度為2?3um，最底層金屬層的厚度為4飛um，最頂層金屬層與最底層金屬層之間為SiO2材質(zhì)的介質(zhì)層,厚度為Ilum,所搭載的芯片襯底為娃介質(zhì),相對(duì)介電常數(shù)為12，電阻率為10?20 Ω.cm。
[0029]片載天線-波導(dǎo)過渡腔體2的長(zhǎng)度為800um，與片載天線相連端的口徑為1800*2000um2。矩形波導(dǎo)3選用D波段標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，尺寸為1.7mm*0.83um，其拐彎處采用1/4圓周過渡。輻射方喇叭天線4的口徑大小為2cm*l.8cm，長(zhǎng)度為4.5cm。
[0030]如圖3和圖4所示，該天線的-1OdB帶寬范圍為132GHz-145GHz，增益為24.4dB，其增益大大提高，完全能夠滿足各種對(duì)天線增益要求高的場(chǎng)合(如太赫茲雷達(dá)、通信等)。
[0031]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。值得說明的是，基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下，為解決同樣的技術(shù)問題，即使在本發(fā)明上做出的一些無實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)或潤(rùn)色，所采用的技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)仍然與本發(fā)明一致的，也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，其特征在于，包括依次首尾相連的介質(zhì)諧振器加載片載天線(I)、片載天線-波導(dǎo)過渡腔體(2)、矩形波導(dǎo)(3)和輻射方喇叭天線(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，其特征在于，所述介質(zhì)諧振器加載片載天線包括相互連接的介質(zhì)諧振器(5)和片載天線(6)，其中片載天線與片載天線-波導(dǎo)過渡腔體連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，其特征在于，所述片載天線(6 )為線極化片載天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，其特征在于，所述線極化片載天線為矩形貼片天線或片載振子天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，其特征在于，所述介質(zhì)諧振器(5)的長(zhǎng)度為0.5-0.7 λ，寬度為0.5 λ，厚度小于0.2 λ，其中λ為電磁波在介質(zhì)諧振器內(nèi)的工作波長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，其特征在于，所述片載天線-波導(dǎo)過渡腔體(2)為方形喇叭狀腔體，其大端倒扣于片載天線上，其小端鏈接到矩形波導(dǎo)，并使得矩形波導(dǎo)窄邊與片載天線的極化方向一致，使得矩形波導(dǎo)于主模工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，其特征在于，所述輻射方喇叭天線(4)為方 形喇叭天線，其小端鏈接到矩形波導(dǎo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的一種太赫茲波片載-波導(dǎo)-喇叭轉(zhuǎn)換天線，其特征在于，所述矩形波導(dǎo)(3)與片載天線-波導(dǎo)過渡腔體、輻射方喇叭天線的鏈接拐彎處均采用1/4圓周過渡。
【文檔編號(hào)】H01Q13/02GK103762416SQ201410064614
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】鄧小東, 熊永忠 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所