电大尺寸太赫兹平面集成阵列天线的研究

Terahertz technique is a frontfort cross-disciplinary, whose space and short-range communication system can provide over hundreds to thousands times of data rate of modern communication systems. It has attracted much interest from worldwide researchers. The electrical-large terahertz planar integrated array antenna is one of key components for transmitting terahertz waves in space with high efficiency, which can improve the transmission efficiency and integrity of terahertz communication system, and significantly reduce the system cost. However, only few literature from worldwide researchers discussed the electrical-large terahertz planar integrated array antenna for the high efficiency space transmission of terahertz waves. Hence, it has great significance to study the theory and application of the electrical-large terahertz planar integrated antennas. This proposal will investigate the electrical-large terahertz planar integrated array antenna. The design and realization of high gain and high radiation efficiency terahertz planar integrated array antenna will be proposed; and terahertz planar integrated array antennas with stable radiation beam direction will be studied. Multiple-beam terahertz planar integrated array antenna will be designed based on the study of low loss feeding system; and novel design methods for planar integrated orbital angular monument antenna will be proposed for the realization of terahertz planar integrated antennas with single and multiple orbital angular monument modes. The measurement method for terahertz planar integrated antennas will be investigated and a measurement system will be set up to measure and verify the designed terahertz planar integrated array antennas.

太赫兹技术是一项前沿交叉学科，其空间和短程通信系统可提供超过现有通信系统数百倍至上千倍的通信速率，已受到国内外众多学者的重点关注。电大尺寸太赫兹平面集成阵列天线是实现太赫兹波在空间高效传输的关键器件之一。它可以有效提高太赫兹通信系统集成度和传输效率并显著减小系统成本。目前国内外对电大尺寸太赫兹平面集成阵列天线的研究正处于起步阶段,因此对其研究具有重要理论及应用意义。 本项目将对电大尺寸太赫兹平面集成阵列天线进行研究；提出实现具有高辐射效率及高增益的太赫兹平面集成阵列天线的方法；研究具有稳定波束指向太赫兹平面集成阵列天线的设计原理并加以实现；探索低损耗太赫兹多波束天线馈电网络并设计太赫兹多波束平面集成阵列天线；提出太赫兹平面集成电磁涡旋天线的实现方法并研制具有单模和多模轨道角动量的电磁涡旋天线；研究太赫兹平面集成天线的测试方法并对所研制的各种天线进行测试和验证。

太赫兹技术是一项前沿交叉学科，在超高速无线通信系统、雷达、高精度成像、遥感和射电天文方面具有及其重要的应用，已受到国内外众多学者的重点关注。高效高增益太赫兹天线是实现太赫兹波在空间高效传输的关键器件之一。它可以有效提高太赫兹无线系统的电性能、集成度、传输效率并显著减小系统成本。本项目针对太赫兹天线，在100 GHz到500 GHz频段，从电磁学角度重点研究了提高天线效率和增益的方法，提出了一系列新型高效高增益太赫兹天线结构，发展了相应的设计方法，并在国际上首次报道了系列太赫兹高性能天线。.本项目的主要成果有：1）提出了人工电壁低损耗传输线的理论，由此提出并研制了超高效率高增益太赫兹天线；2）提出了新的透射阵架构和低损耗宽频带相位调控方法，成功研制了高效高增益太赫兹透射阵；3）提出了宽带太赫兹反射调相单元和设计方法，由此成功研制了高效高增益太赫兹反射阵；4）提出了新型太赫兹极化扭转和相位调控单元，成功研制了高性能太赫兹折叠阵；5）提出了二维波束扫描太赫兹天线的新架构，成功研制了高增益波束扫描太赫兹天线；6）提出并研究了系列宽带毫米波太赫兹平面集成天线；7）深入研究了超高增益太赫兹天线的测试方法，搭建了太赫兹天线测试平台，提出了高效精确的太赫兹天线测试方案并成功测试了系列太赫兹天线。.本项目的研究已发表期刊论文27篇，国内外重要专业会议论文11篇。.本项目对超高增益太赫兹天线进行了深入研究，其相关成果可应用于太赫兹雷达、高精度成像和超高速无线通信。