本發(fa)明涉及太赫茲領(ling)域，特別是涉及一種(zhong)太赫茲發(fa)射天線系統。

背景技術：

太赫茲(zi)發(fa)射(she)天(tian)線(xian)的(de)研究可以大致分為兩(liang)類(lei)，一類(lei)是波(bo)長(chang)尺度(du)的(de)太赫茲(zi)輻射(she)源結構，用于將輻射(she)能量從自(zi)由空間(jian)耦合到亞波(bo)長(chang)尺度(du)的(de)發(fa)射(she)器(qi)中；另(ling)一類(lei)是成(cheng)百上千倍波(bo)長(chang)尺度(du)的(de)口徑(jing)面天(tian)線(xian)，用于聚集信號然后對波(bo)束賦形(xing)或聚焦。

太(tai)赫(he)茲(zi)(zi)輻射(she)源(yuan)的(de)產(chan)生存在(zai)很大技術難度，這(zhe)也是太(tai)赫(he)茲(zi)(zi)頻段長(chang)期以來未被人們(men)充分研(yan)(yan)究(jiu)的(de)原(yuan)因。太(tai)赫(he)茲(zi)(zi)源(yuan)產(chan)生可以由(you)量(liang)子(zi)級聯激光(guang)器、IMPATT二極管(guan)、電(dian)光(guang)整流(liu)、光(guang)導(dao)天(tian)線(xian)等(deng)技術實現(xian)，但目前的(de)太(tai)赫(he)茲(zi)(zi)源(yuan)輻射(she)功(gong)率(lv)偏小。2013年(nian)12月，英國利(li)茲(zi)(zi)大學成功(gong)研(yan)(yan)制(zhi)出功(gong)率(lv)超過(guo)1瓦特(te)的(de)量(liang)子(zi)級聯激光(guang)器太(tai)赫(he)茲(zi)(zi)源(yuan)，打破了此前奧(ao)地利(li)維也納技術大學和麻省理工學院的(de)世界紀錄(lu)。由(you)于太(tai)赫(he)茲(zi)(zi)源(yuan)功(gong)率(lv)偏小，所以研(yan)(yan)制(zhi)高效的(de)定向發射(she)天(tian)線(xian)意義重大。

傳統的(de)(de)(de)反射(she)面太(tai)赫(he)茲(zi)系統在(zai)天(tian)線進行(xing)掃描時會(hui)產生像差，成(cheng)像的(de)(de)(de)范圍受到限制。太(tai)赫(he)茲(zi)拋物面反射(she)面天(tian)線的(de)(de)(de)饋源(yuan)通常(chang)是(shi)借用微波(bo)技(ji)術中的(de)(de)(de)喇(la)叭天(tian)線作為饋源(yuan)，基(ji)本采用微波(bo)倍頻(pin)(pin)的(de)(de)(de)手段從電學角(jiao)度實現低(di)頻(pin)(pin)太(tai)赫(he)茲(zi)饋源(yuan)，存在(zai)方向(xiang)性低(di)、傳輸線噪(zao)聲高(gao)等缺點。

技術實現要素：

基于此，有必(bi)要(yao)針(zhen)對(dui)太赫茲(zi)拋物面反射面天(tian)(tian)線的饋源存在方向性(xing)低、傳輸線噪聲高等問題，提供一種太赫茲(zi)發射天(tian)(tian)線系統(tong)。

一種太赫茲發射天線(xian)系統，包括光導天線(xian)、透鏡、主反(fan)射器(qi)、副反(fan)射器(qi)；

所(suo)述光導(dao)天(tian)線(xian)用于產生太赫茲輻射波；

所述透鏡用于對所述太(tai)赫茲輻射(she)波(bo)進行會聚(ju)(ju)，將會聚(ju)(ju)后的(de)(de)太(tai)赫茲輻射(she)波(bo)作為發射(she)天線的(de)(de)饋源(yuan)；

所(suo)述(shu)副反射(she)器用于將匯(hui)聚后的太(tai)赫茲(zi)輻射(she)波反射(she)至(zhi)主反射(she)器；

所(suo)述主(zhu)反射(she)器用于將經(jing)過副反射(she)器反射(she)的太赫茲波(bo)再次進行(xing)反射(she)，形成太赫茲波(bo)束。

上(shang)述太赫(he)茲(zi)(zi)發射(she)(she)天(tian)(tian)線(xian)系統，包括(kuo)光導(dao)天(tian)(tian)線(xian)、透(tou)鏡、主反(fan)射(she)(she)器、副反(fan)射(she)(she)器。以光導(dao)天(tian)(tian)線(xian)與(yu)透(tou)鏡的(de)(de)組(zu)合(he)會(hui)聚后(hou)的(de)(de)太赫(he)茲(zi)(zi)輻射(she)(she)波(bo)作為發射(she)(she)天(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)饋源，所形(xing)成的(de)(de)太赫(he)茲(zi)(zi)波(bo)束具有高方向性、傳輸線(xian)噪聲小、口(kou)面場分布均勻的(de)(de)優點，并且上(shang)述太赫(he)茲(zi)(zi)發射(she)(she)天(tian)(tian)線(xian)系統設(she)計靈(ling)活、發射(she)(she)效率高。

在(zai)其中一個實施例中，所述主反射(she)器(qi)為拋物面結(jie)(jie)構，所述副(fu)反射(she)器(qi)為雙曲面結(jie)(jie)構，且(qie)主反射(she)器(qi)與副(fu)反射(she)器(qi)彎曲方向(xiang)相同。

在其中一個實(shi)施例中，所述主(zhu)反射(she)器拋物面直徑為(wei)：

其中，G為(wei)太(tai)赫茲發射(she)天線增益(yi)，D為(wei)主反射(she)器(qi)直徑(jing)拋物面直徑(jing)，λ為(wei)太(tai)赫茲波長，g為(wei)太(tai)赫茲卡塞格倫定向(xiang)發射(she)天線的增益(yi)因子。

在其(qi)中一個實施例(li)中，所述副反射器(qi)(qi)雙曲面直徑(jing)(jing)為主反射器(qi)(qi)直徑(jing)(jing)的0.11-0.18倍。

在(zai)其中一個實施例中，所述(shu)主反(fan)射(she)器與(yu)所述(shu)副反(fan)射(she)器同軸設置，所述(shu)主反(fan)射(she)器焦(jiao)點與(yu)副反(fan)射(she)器實焦(jiao)點重合。

在其中一個(ge)實施例中，所(suo)述(shu)透鏡設置于所(suo)述(shu)副反射器雙(shuang)曲面(mian)的虛焦點處。

在其(qi)中一個(ge)實(shi)施(shi)例中，所(suo)(suo)述(shu)光導(dao)天線靠近(jin)所(suo)(suo)述(shu)透鏡設置，所(suo)(suo)述(shu)光導(dao)天線與所(suo)(suo)述(shu)透鏡之間的(de)距(ju)離(li)為0-0.04mm。

在其中一個實施(shi)例中，所(suo)述透鏡的(de)材(cai)質為(wei)硅。

在其中一(yi)個實施例中，所述硅折射(she)(she)率為(wei)(wei)3.418，臨界輻射(she)(she)角為(wei)(wei)45度。

在(zai)其中(zhong)一個實(shi)施(shi)例中(zhong)，所述光導天線(xian)通過(guo)饋電轉接集成模塊與金屬(shu)電極連接。

附圖說明

圖(tu)(tu)1為本發(fa)明實(shi)施例提供的太赫茲發(fa)射天線系統結構(gou)示意圖(tu)(tu)；

圖2為本發明(ming)實施例提供(gong)的太赫茲發射天(tian)線系(xi)統工作原理示意圖；

圖(tu)3為(wei)本發(fa)明實(shi)施(shi)例提(ti)供的副反射器(qi)旋(xuan)轉雙曲面與天線增益的關系圖(tu)；

圖4為本發明實施(shi)例提供的(de)副(fu)反射器雙曲面焦距與光導天線整體(ti)增益的(de)關系圖；

圖5為本發明(ming)實(shi)施例提供的光導天線(xian)到透鏡(jing)距離與(yu)天線(xian)增益的關系圖；

圖(tu)6為本發明(ming)實施(shi)例提供的透鏡半徑與光導天線增(zeng)益圖(tu)；

圖7為本(ben)發(fa)明實施例提供的透鏡半徑分(fen)別為0.45mm、0.5mm和1.5mm時饋源的三維方向圖；

圖8為本發明實施例提供的輻射增益三維(wei)方向(xiang)圖；

圖9為本發明實施例(li)提供的(de)仿真波瓣(ban)圖；

圖10為本發明實施例提供的太赫(he)茲發射天線系(xi)統(tong)結(jie)構位(wei)置關系(xi)圖。

其中：

100-光導天線；

200-透鏡；

300-主反射器；

400-副反射器。

具體實施方式

為(wei)了使本(ben)發(fa)明(ming)的目的、技術方案及優(you)點更(geng)加清楚(chu)明(ming)白，以(yi)下結合附圖對本(ben)發(fa)明(ming)的太赫(he)茲發(fa)射天線系統進行(xing)進一(yi)步詳細(xi)說明(ming)。應當理解，此處(chu)所描述的具體實(shi)施例僅(jin)用以(yi)解釋本(ben)發(fa)明(ming)，并不用于限定(ding)本(ben)發(fa)明(ming)。

請參閱圖(tu)1與(yu)圖(tu)2，本發明一個實施(shi)例(li)，提供(gong)一種太(tai)赫(he)(he)(he)茲(zi)發射(she)(she)(she)(she)天線(xian)系(xi)統，包(bao)括(kuo)光導天線(xian)100、透鏡200、主(zhu)反(fan)射(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)(qi)300、副反(fan)射(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)(qi)400。所(suo)(suo)述(shu)光導天線(xian)100用(yong)于(yu)(yu)產生太(tai)赫(he)(he)(he)茲(zi)輻射(she)(she)(she)(she)波(bo)；所(suo)(suo)述(shu)透鏡200用(yong)于(yu)(yu)對(dui)所(suo)(suo)述(shu)太(tai)赫(he)(he)(he)茲(zi)輻射(she)(she)(she)(she)波(bo)進行會聚，將會聚后(hou)的太(tai)赫(he)(he)(he)茲(zi)輻射(she)(she)(she)(she)波(bo)作為發射(she)(she)(she)(she)天線(xian)的饋(kui)源；所(suo)(suo)述(shu)副反(fan)射(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)(qi)400用(yong)于(yu)(yu)將匯聚后(hou)的太(tai)赫(he)(he)(he)茲(zi)輻射(she)(she)(she)(she)波(bo)反(fan)射(she)(she)(she)(she)至主(zhu)反(fan)射(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)(qi)300；所(suo)(suo)述(shu)主(zhu)反(fan)射(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)(qi)300用(yong)于(yu)(yu)將經過副反(fan)射(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)(qi)400反(fan)射(she)(she)(she)(she)的太(tai)赫(he)(he)(he)茲(zi)波(bo)再次進行反(fan)射(she)(she)(she)(she)，形成太(tai)赫(he)(he)(he)茲(zi)波(bo)束。其中，所(suo)(suo)述(shu)光導天線(xian)100通過饋(kui)電轉接(jie)集(ji)成模塊(kuai)與(yu)金屬電極連接(jie)。

具體地，太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)(zi)發射(she)(she)(she)(she)(she)(she)天(tian)(tian)線(xian)系(xi)統可利用飛秒激(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)飛秒激(ji)(ji)光(guang)脈沖，激(ji)(ji)發光(guang)導天(tian)(tian)線(xian)100產生(sheng)太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)(zi)輻(fu)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)波(bo)(bo)。硅質襯底(di)透鏡200對(dui)太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)(zi)輻(fu)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)波(bo)(bo)進行會(hui)聚(ju)(ju)，將(jiang)會(hui)聚(ju)(ju)后的(de)(de)(de)(de)太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)(zi)輻(fu)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)波(bo)(bo)作為發射(she)(she)(she)(she)(she)(she)天(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)(de)(de)饋(kui)源(yuan)(yuan)。饋(kui)源(yuan)(yuan)輻(fu)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)的(de)(de)(de)(de)太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)(zi)輻(fu)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)波(bo)(bo)為球面(mian)波(bo)(bo)，球面(mian)波(bo)(bo)經(jing)(jing)過(guo)副反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)400反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)至主(zhu)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)300，主(zhu)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)300將(jiang)經(jing)(jing)過(guo)副反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)400反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)的(de)(de)(de)(de)太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)(zi)波(bo)(bo)再次進行反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)，在主(zhu)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)300的(de)(de)(de)(de)前方形成較強的(de)(de)(de)(de)太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)(zi)波(bo)(bo)束(shu)。饋(kui)源(yuan)(yuan)分布(bu)在副反(fan)(fan)射(she)(she)(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)400的(de)(de)(de)(de)虛焦(jiao)點處(chu)，縮短了饋(kui)線(xian)的(de)(de)(de)(de)長度，可以(yi)有效減少由傳輸線(xian)引入的(de)(de)(de)(de)噪(zao)聲，并且太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)(zi)波(bo)(bo)束(shu)方向性高，同時也更(geng)加便于安裝。

本實施例提供的(de)(de)太赫茲(zi)(zi)(zi)發射天線系統，通過光導天線100與透鏡200的(de)(de)組合會聚后的(de)(de)太赫茲(zi)(zi)(zi)輻(fu)射波(bo)作為發射天線的(de)(de)饋源，所形(xing)成的(de)(de)太赫茲(zi)(zi)(zi)波(bo)束(shu)可以實現高功率(lv)定向發射，能量損失小(xiao)，發射效率(lv)高。

其中一(yi)個(ge)實施例中，請參閱圖2，所述主(zhu)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)300為(wei)(wei)拋物(wu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)結(jie)構(gou)，所述副反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)400為(wei)(wei)雙(shuang)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)結(jie)構(gou)，且主(zhu)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)300與副反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)400彎(wan)曲(qu)方向相同。具體地，可(ke)(ke)以(yi)采用鋁(lv)制旋(xuan)轉拋物(wu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)為(wei)(wei)主(zhu)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)300，鋁(lv)制旋(xuan)轉雙(shuang)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)作(zuo)為(wei)(wei)副反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)400。進一(yi)步地，饋源置于副反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)400的(de)(de)雙(shuang)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)結(jie)構(gou)的(de)(de)虛焦(jiao)點(dian)F2上，饋源輻射(she)(she)(she)處的(de)(de)太(tai)赫茲(zi)球面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)波，經過副反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)400雙(shuang)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)結(jie)構(gou)的(de)(de)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)后(hou)，可(ke)(ke)以(yi)看做是從(cong)主(zhu)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)300拋物(wu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)結(jie)構(gou)的(de)(de)焦(jiao)點(dian)F1，也即副反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)400雙(shuang)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)結(jie)構(gou)的(de)(de)實焦(jiao)點(dian)F1發出的(de)(de)另一(yi)個(ge)太(tai)赫茲(zi)球面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)波，然后(hou)投射(she)(she)(she)到主(zhu)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)器(qi)300的(de)(de)拋物(wu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)結(jie)構(gou)上。

其(qi)中一個實(shi)施例中，所述主反射(she)器(qi)300的(de)拋(pao)物面(mian)(mian)結(jie)構直(zhi)(zhi)徑為(wei)：其(qi)中，G為(wei)太赫(he)(he)茲(zi)發射(she)天(tian)線增(zeng)益(yi)，D為(wei)主反射(she)器(qi)300的(de)拋(pao)物面(mian)(mian)結(jie)構的(de)直(zhi)(zhi)徑，λ為(wei)太赫(he)(he)茲(zi)波長，g為(wei)光導天(tian)線100的(de)增(zeng)益(yi)因子。副反射(she)器(qi)400雙曲面(mian)(mian)直(zhi)(zhi)徑為(wei)主反射(she)器(qi)300直(zhi)(zhi)徑的(de)0.11-0.18倍(bei)，其(qi)中，副反射(she)器(qi)400的(de)直(zhi)(zhi)徑選(xuan)取要兼(jian)顧能(neng)量截獲多(duo)、遮擋小，需(xu)要根據(ju)實(shi)際情況來(lai)優化選(xuan)取，通(tong)過經驗值可以得到(dao)雙曲面(mian)(mian)的(de)直(zhi)(zhi)徑為(wei)d介于0.11D到(dao)0.18D之間。

其中一個實施例，所述主反射器300與所述副反射器400同軸設置，所述主反射器300焦點與副反射器400實焦點重合。進一步地，所述饋源設置于所述副反射器400雙曲面的虛焦點處。其中，主反射器300為拋物面結構，拋物面焦距為f，由公式可以得到拋物面焦距為f的值。其中，ψ₀為拋物面主反射器300半張角。副反射器400為雙曲面結構，雙曲面的焦距為f_c，由確定雙曲面的焦距f_c其中為雙曲面副反射器400半(ban)張(zhang)角。

具體的，請一并參閱圖3，副反射器400可以為(wei)旋轉(zhuan)雙曲面(mian)結構(gou)，其中旋轉(zhuan)雙曲面(mian)直徑(jing)需(xu)要權衡能量多(duo)和遮擋小來選擇(ze)。

雙曲(qu)面(mian)的參數方程為：

其中，u,v是參(can)數，u的范圍(wei)0～1.2mm，v的范圍(wei)是0～2π，dis是供調節以保(bao)證雙(shuang)曲面與(yu)拋物面焦點(dian)重合(he)的位移量。

雙曲面離心率為e，焦距為f_c，a和b的值與離心率e和焦距f_c相關。離心率e可以由公式：得出，a的值可由公式：得到，根據公式b²＝c²-a²，由a與c的值可以得(de)到b的值。

通過對副(fu)反(fan)射(she)器400雙(shuang)曲面的(de)優(you)化就是確定合適的(de)u的(de)值。圖(tu)3是副(fu)反(fan)射(she)器400雙(shuang)曲面與天線增益的(de)關系圖(tu)，從圖(tu)3中可以得出，優(you)選的(de)，參數u取1.2mm，此(ci)時的(de)能量大并(bing)且遮擋小。

進一步地，設的副反射器400位置坐標為0，以這個點位置為原點，向正負兩個方向調整副反射器400的位置，也即是調整副反射器400雙曲面的焦距，需要注意的是與此同時要對雙曲面結構形狀做修正。因為雙曲面的焦距f_c改(gai)(gai)變(bian)，副反射面(mian)(mian)(mian)的(de)半張角就(jiu)會(hui)改(gai)(gai)變(bian)，雙曲(qu)面(mian)(mian)(mian)的(de)離(li)心率e也會(hui)改(gai)(gai)變(bian)。所以(yi)優化焦距不(bu)單是改(gai)(gai)變(bian)雙曲(qu)面(mian)(mian)(mian)的(de)位置，還要(yao)修正雙曲(qu)面(mian)(mian)(mian)的(de)形狀。圖4是副反射器(qi)400雙曲(qu)面(mian)(mian)(mian)焦距與光導天線(xian)100整(zheng)體增益的(de)關系圖。從圖4中可以(yi)得(de)出，副反射器(qi)400的(de)位置向靠近主(zhu)反射器(qi)300的(de)方向移動75um會(hui)得(de)到更大(da)的(de)增益。

其中(zhong)一個(ge)實施例，光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100靠近所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200設置，所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100為卡(ka)塞格倫天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)。所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100與(yu)所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200之間的(de)(de)(de)(de)距(ju)離(li)(li)為0-0.04mm。具體(ti)地，光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100緊貼(tie)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200背(bei)面，輻(fu)射(she)出的(de)(de)(de)(de)太赫(he)茲(zi)波(bo)容易被反射(she)使得(de)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200正面的(de)(de)(de)(de)增(zeng)益比(bi)較小，光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100與(yu)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200間隔一定距(ju)離(li)(li)后，由于太赫(he)茲(zi)波(bo)入(ru)射(she)角度減(jian)小，太赫(he)茲(zi)波(bo)在透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200背(bei)面發生的(de)(de)(de)(de)反射(she)量(liang)減(jian)少，使得(de)增(zeng)益逐漸(jian)增(zeng)大(da)。當光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100與(yu)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200之間的(de)(de)(de)(de)距(ju)離(li)(li)繼續增(zeng)大(da)，光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100離(li)(li)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200的(de)(de)(de)(de)距(ju)離(li)(li)越來越遠時(shi)，有一部(bu)分太赫(he)茲(zi)波(bo)向四周發散損失而(er)沒有進(jin)入(ru)會聚透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200，所(suo)(suo)以光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100的(de)(de)(de)(de)增(zeng)益降低了(le)。因此(ci)，光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100不能(neng)緊貼(tie)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200背(bei)面，離(li)(li)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200背(bei)面的(de)(de)(de)(de)距(ju)離(li)(li)在一個(ge)適當值的(de)(de)(de)(de)時(shi)候可以得(de)到最(zui)佳的(de)(de)(de)(de)增(zeng)益，當光(guang)導(dao)(dao)天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)100與(yu)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)200的(de)(de)(de)(de)距(ju)離(li)(li)為0.036mm時(shi)增(zeng)益達(da)到最(zui)大(da)。

具體的(de)，通過調節光(guang)(guang)(guang)導(dao)(dao)(dao)天線(xian)(xian)(xian)100到(dao)透(tou)鏡(jing)200表面(mian)的(de)距離(li)，可(ke)以得到(dao)光(guang)(guang)(guang)導(dao)(dao)(dao)天線(xian)(xian)(xian)100到(dao)透(tou)鏡(jing)200距離(li)與天線(xian)(xian)(xian)增(zeng)(zeng)(zeng)益的(de)關系圖。從(cong)圖5中可(ke)以獲(huo)得以下信(xin)息：光(guang)(guang)(guang)導(dao)(dao)(dao)天線(xian)(xian)(xian)100緊貼透(tou)鏡(jing)200背面(mian)時(shi)，即光(guang)(guang)(guang)導(dao)(dao)(dao)天線(xian)(xian)(xian)100與透(tou)鏡(jing)200的(de)距離(li)為0，此時(shi)光(guang)(guang)(guang)導(dao)(dao)(dao)天線(xian)(xian)(xian)100的(de)增(zeng)(zeng)(zeng)益是(shi)最(zui)小的(de)。光(guang)(guang)(guang)導(dao)(dao)(dao)天線(xian)(xian)(xian)100距離(li)透(tou)鏡(jing)200背面(mian)的(de)距離(li)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)時(shi)，光(guang)(guang)(guang)導(dao)(dao)(dao)天線(xian)(xian)(xian)100的(de)增(zeng)(zeng)(zeng)益逐(zhu)漸增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)，但增(zeng)(zeng)(zeng)長是(shi)先快后(hou)(hou)慢的(de)，是(shi)非線(xian)(xian)(xian)性的(de)，增(zeng)(zeng)(zeng)加到(dao)一定距離(li)，增(zeng)(zeng)(zeng)益達(da)到(dao)最(zui)大(da)，然后(hou)(hou)增(zeng)(zeng)(zeng)益又逐(zhu)漸下降。優選的(de)，光(guang)(guang)(guang)導(dao)(dao)(dao)天線(xian)(xian)(xian)100與透(tou)鏡(jing)200的(de)距離(li)為0.036mm，此時(shi)增(zeng)(zeng)(zeng)益達(da)到(dao)最(zui)大(da)。

其中一(yi)個實施例中，所述透(tou)(tou)鏡(jing)200的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)質為(wei)硅。進(jin)一(yi)步(bu)地，透(tou)(tou)鏡(jing)200的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)質為(wei)高(gao)阻(zu)硅，高(gao)阻(zu)硅材(cai)(cai)(cai)料折(zhe)射(she)率易(yi)與(yu)典型的(de)(de)反射(she)器襯底材(cai)(cai)(cai)料匹配，而且(qie)高(gao)阻(zu)硅材(cai)(cai)(cai)料對太赫茲頻波的(de)(de)線性(xing)吸收非常低，因(yin)此整個太赫茲頻譜的(de)(de)色(se)散幾乎(hu)可(ke)以(yi)忽略，并(bing)且(qie)使用高(gao)阻(zu)硅材(cai)(cai)(cai)料加工制作透(tou)(tou)鏡(jing)200方法簡單。具體的(de)(de)，可(ke)以(yi)采用折(zhe)射(she)率為(wei)3.418的(de)(de)高(gao)阻(zu)硅制作透(tou)(tou)鏡(jing)200。透(tou)(tou)鏡(jing)200的(de)(de)臨界(jie)輻射(she)角為(wei)45度，其焦點和頂端(duan)距離是1.414倍(bei)的(de)(de)透(tou)(tou)鏡(jing)200半(ban)徑。

進(jin)一步，透(tou)鏡200的(de)(de)尺寸與光(guang)導(dao)天線100的(de)(de)大(da)小是成(cheng)比例(li)關(guan)系(xi)的(de)(de)，光(guang)導(dao)天線100的(de)(de)大(da)小又(you)是和工作(zuo)頻(pin)率成(cheng)比例(li)關(guan)系(xi)的(de)(de)，所以(yi)透(tou)鏡200的(de)(de)尺寸取決(jue)于(yu)工作(zuo)頻(pin)率。隨著透(tou)鏡200半(ban)徑(jing)的(de)(de)增(zeng)大(da)，天線的(de)(de)增(zeng)益會增(zeng)大(da)，但當透(tou)鏡200尺寸大(da)到一定(ding)程度以(yi)后(hou)(hou)，比如1mm后(hou)(hou)，增(zeng)益增(zeng)大(da)的(de)(de)速度就減慢，到后(hou)(hou)來基本保持不變。圖6為0.21太赫茲下透(tou)鏡半(ban)徑(jing)與光(guang)導(dao)天線增(zeng)益圖。

太赫茲發射(she)天線(xian)系統中的透(tou)鏡200與光(guang)導天線(xian)100組(zu)合(he)作為反射(she)器的饋源(yuan)，所(suo)以饋源(yuan)的口徑(jing)要(yao)盡可(ke)能小一些，盡量(liang)減(jian)少對(dui)反射(she)面的遮擋，否則(ze)主瓣增益會下(xia)降，副瓣增益會增高(gao)。所(suo)以盡管(guan)透(tou)鏡200尺寸越大(da)增益越大(da)，透(tou)鏡200的口徑(jing)也不能很大(da)。

饋源(yuan)(yuan)的方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)圖需要(yao)滿足的一定的要(yao)求(qiu)，這是(shi)(shi)太赫(he)茲發(fa)射(she)(she)(she)天(tian)線系統整體性能的可(ke)靠(kao)保(bao)證(zheng)。首先饋源(yuan)(yuan)最好是(shi)(shi)單(dan)向(xiang)(xiang)(xiang)輻(fu)(fu)射(she)(she)(she)而非雙向(xiang)(xiang)(xiang)輻(fu)(fu)射(she)(she)(she)，避免與反射(she)(she)(she)回的波(bo)束(shu)發(fa)生混疊；其(qi)次(ci)要(yao)旋轉對稱，因為最后(hou)(hou)太赫(he)茲發(fa)射(she)(she)(she)天(tian)線系統整體也(ye)應是(shi)(shi)旋轉對稱的；最后(hou)(hou)副瓣(ban)電平盡可(ke)能低，減少無用的能量分(fen)散，保(bao)證(zheng)主瓣(ban)的增(zeng)益。圖7是(shi)(shi)透鏡200的半徑(jing)分(fen)別為0.45mm、0.5mm和1.5mm時饋源(yuan)(yuan)的三維(wei)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)圖。從圖7中(zhong)可(ke)以看出，當(dang)透鏡半徑(jing)為0.5mm時，輻(fu)(fu)射(she)(she)(she)源(yuan)(yuan)的三維(wei)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)圖是(shi)(shi)單(dan)向(xiang)(xiang)(xiang)輻(fu)(fu)射(she)(she)(she)，主瓣(ban)增(zeng)益大、副瓣(ban)增(zeng)益小，旋轉對稱，非常適(shi)合作為反射(she)(she)(she)面天(tian)線的饋源(yuan)(yuan)。

透鏡200的半徑、折射率等參數需要通(tong)過實驗或仿真來(lai)確定(ding)，選取的依據(ju)就(jiu)是使(shi)得副(fu)反射器邊緣的照射電平為-12dB。

進(jin)一步，通(tong)過HFSS軟件(jian)進(jin)行仿(fang)真(zhen)實驗。采(cai)用太赫茲發射(she)天(tian)線(xian)系統設計時的(de)等比(bi)例縮(suo)小的(de)模型的(de)方法來進(jin)行仿(fang)真(zhen)。將主反射(she)器300直徑縮(suo)小為6mm，增益(yi)因子取(qu)0.45，對(dui)應(ying)的(de)光導天(tian)線(xian)增益(yi)為18.9dB。

輻射(she)(she)增益(yi)三維(wei)方向(xiang)圖(繞xy平面旋(xuan)轉180后(hou)的(de)(de)(de)結果)，如圖8所(suo)示。通過仿真實驗得(de)(de)到光(guang)導天線增益(yi)為(wei)18.0dB，比(bi)理(li)論(lun)值(zhi)小0.9dB，相對(dui)誤(wu)差4.7％。因為(wei)18.9dB是(shi)理(li)論(lun)可獲得(de)(de)的(de)(de)(de)最(zui)大值(zhi)，所(suo)以后(hou)面還要對(dui)各個參數進(jin)行優化。從圖8中可以得(de)(de)到主瓣(ban)(ban)輻射(she)(she)增益(yi)很強，方向(xiang)圖旋(xuan)轉對(dui)稱，是(shi)理(li)想的(de)(de)(de)輻射(she)(she)方向(xiang)圖。同時也驗證了(le)卡塞格倫天線口(kou)徑(jing)面分布均勻、主瓣(ban)(ban)較窄、副瓣(ban)(ban)較大的(de)(de)(de)輻射(she)(she)特(te)性。

請一(yi)并參閱圖(tu)(tu)9，圖(tu)(tu)9為仿真(zhen)得到的(de)波瓣圖(tu)(tu)。圖(tu)(tu)9中主(zhu)反射器300是開口(kou)朝下(xia)的(de)，所以這個波瓣圖(tu)(tu)的(de)輻射前方是向下(xia)的(de)。波瓣寬度15度，說明卡(ka)塞格倫天(tian)線(xian)(xian)具(ju)有(you)很(hen)強(qiang)的(de)方向性；旁瓣電平小(xiao)于-30.8dB，遠小(xiao)于一(yi)般(ban)天(tian)線(xian)(xian)設計(ji)所要求的(de)-20dB的(de)要求；交叉極化電平-19.8dB。從波瓣圖(tu)(tu)中進(jin)一(yi)步看出卡(ka)塞格倫天(tian)線(xian)(xian)的(de)主(zhu)瓣更(geng)加尖銳。

請一(yi)并參閱圖(tu)10，在其中(zhong)(zhong)一(yi)個(ge)實(shi)施例(li)中(zhong)(zhong)，當產(chan)生的(de)(de)太(tai)赫茲(zi)波束為(wei)(wei)0.21THz時，可(ke)以(yi)根據實(shi)際情況設(she)置太(tai)赫茲(zi)發射(she)(she)天線系統(tong)。如(ru)圖(tu)10所(suo)示，太(tai)赫茲(zi)發射(she)(she)天線系統(tong)中(zhong)(zhong)主反(fan)射(she)(she)器(qi)(qi)30拋物(wu)面(mian)的(de)(de)直徑為(wei)(wei)61.3mm，焦(jiao)距(ju)為(wei)(wei)21.46mm。其中(zhong)(zhong)，反(fan)射(she)(she)器(qi)(qi)300拋物(wu)面(mian)的(de)(de)焦(jiao)距(ju)為(wei)(wei)拋物(wu)面(mian)的(de)(de)頂點到焦(jiao)點之間的(de)(de)距(ju)離。副(fu)反(fan)射(she)(she)器(qi)(qi)400雙曲(qu)面(mian)的(de)(de)直徑為(wei)(wei)11.03mm，焦(jiao)距(ju)為(wei)(wei)15.55mm。副(fu)反(fan)射(she)(she)器(qi)(qi)400雙曲(qu)面(mian)的(de)(de)焦(jiao)距(ju)為(wei)(wei)饋(kui)源至雙曲(qu)面(mian)的(de)(de)距(ju)離。主反(fan)射(she)(she)器(qi)(qi)30拋物(wu)面(mian)的(de)(de)半張角(jiao)為(wei)(wei)71度，副(fu)反(fan)射(she)(she)器(qi)(qi)400雙曲(qu)面(mian)的(de)(de)半張角(jiao)為(wei)(wei)22度。

本發明(ming)提供(gong)的太(tai)赫(he)茲發射(she)天線(xian)由(you)兩個(ge)反射(she)器組成(cheng)，設計時(shi)可選(xuan)擇(ze)和調整的參(can)數增多，增加了設計的靈活(huo)性。同時(shi)，針對太(tai)赫(he)茲探測危化品的特(te)殊性，有(you)時(shi)需(xu)要太(tai)赫(he)茲波(bo)束(shu)(shu)具有(you)特(te)定(ding)的相(xiang)位(wei)特(te)征或波(bo)形(xing)特(te)征，我們(men)可以(yi)靈活(huo)地選(xuan)取主反射(she)面(mian)和副反射(she)面(mian)的形(xing)狀(zhuang)，對波(bo)束(shu)(shu)賦形(xing)，提高太(tai)赫(he)茲發射(she)天線(xian)性能(neng)。

以(yi)上所述實施(shi)例(li)的(de)各技(ji)術(shu)特征(zheng)可以(yi)進行任意的(de)組(zu)合，為使(shi)描述簡潔(jie)，未對上述實施(shi)例(li)中的(de)各個技(ji)術(shu)特征(zheng)所有可能的(de)組(zu)合都進行描述，然而，只要這些技(ji)術(shu)特征(zheng)的(de)組(zu)合不存在矛(mao)盾，都應(ying)當認為是本說明書記(ji)載(zai)的(de)范圍(wei)。

以上所述實施例僅表達了(le)本發(fa)明的(de)幾種實施方式(shi)，其描述較為(wei)具(ju)體(ti)和詳(xiang)細，但并不能因(yin)此而理解為(wei)對(dui)發(fa)明專(zhuan)利(li)范圍的(de)限制。應當指出的(de)是(shi)，對(dui)于本領域的(de)普通(tong)技術(shu)人(ren)員來說，在不脫離本發(fa)明構思(si)的(de)前提下，還可以做出若干變(bian)形和改進，這些(xie)都(dou)屬于本發(fa)明的(de)保(bao)護范圍。因(yin)此，本發(fa)明專(zhuan)利(li)的(de)保(bao)護范圍應以所附權(quan)利(li)要求為(wei)準。