太赫兹辐射源设计和波谱整形技术研究

目前，处于起步阶段的太赫兹（THz）通信技术在未来高速率、大容量、高安全性和保密性的空间通信领域具有广阔的应用前景。基于此，提出THz通信系统中关键技术-辐射源设计和波谱整形技术研究课题。采用时域有限差分算法和有限元数值分析方法对THz频段的噪声、传输损耗、天线增益、波束宽度进行分析，研究THz辐射源和THz波谱传输的工作机理和关键技术；拟基于光子晶体结构和本科研组做过多年研究的缺陷结构、带隙结构和周期结构的微波器件设计和THz成像技术的基础，突破THz辐射源和滤波器的设计与实现的关键技术；用数值算法模拟不同模式THz脉冲经过整形滤波的波形变化，研究其在时域和频域中的特性；搭建基于THz天线技术的THz脉冲辐射产生系统，获取THz脉冲信号；在实现 THz脉冲辐射系统的基础上基于干涉原理对THz波谱整形进行研究，为新一代高速无线通信技术的发展奠定理论与技术基础。

基于太赫兹（THz）通信技术在未来高速率、大容量、高安全性的空间通信领域具有广阔的应用前景。本研究项目采用时域有限差分算法和有限元数值分析方法对 THz 频段的噪声、传输损耗、天线增益、波束宽度进行分析，研究 THz 辐射天线和 THz 波谱传输的工作机理和关键技术；搭建THz 飞秒激光脉冲辐射系统，设计太赫兹滤波器进行了 THz 脉冲辐射波谱整形研究，为新一代高速无线通信技术的发展奠定理论与技术基础。.主要研究工作和创新点如下：.1. 太赫兹滤波器研究设计：设计了几款工作于太赫兹波段的频率选择表面（FSS）太赫兹滤波器并进行了仿真优化和实物制作。采用等效电路法、时域有限差分法和有限元法对滤波器进行了理论分析，综合考虑了滤波性能、稳定性和加工工艺等因素. 设计了一款工作于大气窗口0.41THz的T型太赫兹滤波器，建立了该滤波器物理模型、并对其参数进行优化设计和仿真分析，得到带内抑制效果-42dB，带宽为0.201THz.提出了一种新的双阻带T型太赫兹滤波器和哑铃型太赫兹滤波器，进行了仿真和优化,搭建了太赫兹时域光谱分析系统,对其进行性能测试，仿真和测试结果吻合良好。.2. 太赫兹天线研究设计：研究设计了中心工作频率为88.4GHz,-10dB通带宽度为16.4GHz，最大定向性为13dBi的金属波导开槽天线。利用贴片型频率选择阵列的带阻特性设计了频率选择表面结构反射面天线，中心工作频率为101GHz, -10dB通带宽度为6GHz,反射系数深达-50dB的太赫兹天线。采用可与人体共生的生物陶瓷为基底，设计了可植入眼底陶瓷贴片蝴蝶形天线，工作于0.224THz，-10dB带宽为11.6GHz，最大定向性为11.8dBi。利用微机械精密加工技术实现了波导开槽天线和波导宽边馈电角锥喇叭天线的制作，测试了天线的反射系数，仿真和测试结果吻合较好。.3. 天线阵系统研究设计：提出了改进型自适应遗传算法，设计了16单元矩形微带贴片阵列天线模型和16单元印刷偶极子阵列天线模型，利用改进型自适应遗传算法和本研究提出的波束扫描分析法，实现了两个阵列天线模型余割平方波束的赋形。设计了固定幅度唯相位控制波束的新型串馈功分器，将该功分器与印刷偶极子阵列天线进行对接以组成阵列天线系统，测试结果表明，该天线系统具有余割平方波束赋形性能。