太赫兹准光天馈系统空间耦合技术研究

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1、太赫兹准光天馈系统空间耦合技术研究张雨濛2016年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540太赫兹准光天馈系统空间耦合技术研究作者姓名张雨濛学院名称信息与电子学院指导教师刘埇副教授答辩委员会主席徐晓文教授申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月ResearchonFree-spaceCouplingofTerahertzfeedandantennaSystemBasedonQuasi-opticaltechnologyCandidateName：Y

2、umengZhangSchoolorDepartment:InformationandElectronicsFacultyMentor:Prof.YongLiuChair,ThesisCommittee：Prof.XiaowenXuDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：EMfieldandMicrowaveTech.Degreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016研究成果声明本人郑

3、重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要太赫兹准光天馈系统是太赫兹无线系统中的重要组成。太赫兹准光天馈系统空间耦合技术是太赫兹无线系统研究中的关键技术。本文基于太赫兹成像

4、的应用背景，对太赫兹准光天馈系统中的馈源、准光聚焦元件及两者空间耦合方案开展了研究。针对不同具体应用需求和加工工艺，分别对线极化和圆极化工作方式的馈源天线进行了研究。对于太赫兹准光聚焦元件，给出以高斯波束变化为设计起点的透镜设计流程，验证了高斯波束理论在透镜天线设计中的正确性。主要研究内容如下：1、太赫兹准光天馈系统的馈源设计与实现：（1）设计并优化一系列可覆盖220GHz~500GHz（增益分别为15dB、20dB和30dB）的线极化多模金属喇叭馈源，该喇叭馈源具有结构相对简单、波束对称性好和高斯效率

5、高的特点。在国内目前测试条件下，对220GHz频段天线进行了驻波比测试。在缺少太赫兹标准增益天线的情况下，采用三天线法和比较法对220GHz频段喇叭天线进行了增益标定。仿真结果与测试结果吻合良好。测试结果表明该系列馈源达到了可替代同类进口多模金属喇叭馈源的水平。（2）基于体硅MEMS干法刻蚀工艺，提出一种新型圆极化器结合平面波纹加载的圆极化平面波纹天线方案。该方案解决了二维低剖面条件下天线的圆极化工作和高增益辐射问题。研究表明通过加载平面波纹的方法可有效提高天线的增益，通过控制新型圆极化器与馈电波导之间

6、的夹角可有效改变轴比特性。分别在ka波段和THz波段进行了加工、测试和验证工作，仿真结果与测试结果吻合度较好，验证了该方案的正确性，说明了MEMS工艺可以满足THz频段该新型天线的制备需求。2、太赫兹准光天馈系统馈源与准光聚焦元件的空间耦合设计。基于高斯波束束腰变换理论，给出了上述馈源与准光聚焦元件的空间耦合方案。研究表明，透镜照明面和阴暗面的双面曲率函数对波束束腰敏感，对其控制和优化可有效增加波束的可控性。进而设计仿真了双异双曲面介质透镜，利用该透镜与馈源共同搭建了一套天馈系统，在仿真层面验证了馈源与

7、准光聚焦元件的空间耦合设计方案的有效性与合理性。关键词：太赫兹成像；准光技术；天馈系统；空间耦合技术I北京理工大学硕士学位论文AbstractTerahertzquasi-opticalfeedandantennasystemisanimportantpartoftheterahertzwirelesssystem.Asakeytechnology,thefree-spacecouplingoftheterahertzquasi-opticalsystemhasgainedincreasingatten

8、tion.Basedonthedemandsofterahertzimaging,thisthesisresearchedonthefeedsandquasi-opticalfocusingelements.Westudiedlinearandcircularpolarizedfeedsrespectivelyunderdifferentpracticalrequirementsandprocessingtechniques.Asforth