专利名称：一种基于太赫兹的同步收发无线系统中的极化隔离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于太赫兹频段的极化隔离器，属于同步收发无线技术领域。
背景技术：
太赫兹(THz)技术之所以引起广泛的关注，是由于THz脉冲电磁波具有极其宽广的频谱，在无线电物理领域称为亚毫米波(SMMW)，在光学领域则习惯称之为远红外(FIR)。
目前，普遍采用的太赫兹频段是由英国定义的100GHz lOTHz(现在研究较多的通常在0. 2 3THz范围内)，它是介于毫米波和红外光之间相当宽的一个区域。1974年，THz首次在《微波理论与技术》(MTT)学报上出现，当时是用来描述米切尔森干涉计的光谱特性。此后，THz又被应用于描述点接触型二极管探测器的频率特性。从频谱分布来看，亚毫米波的低端与毫米波的高端相连，亚毫米波的高端则和红外、光波相接。由此可知，本领域必然兼容微波、光波两门技术学科的理论、研究方法和技术，并将逐渐发展成为一门知识密集和技术密集的综合性分支学科。随着近十几年来超导技术、光学参量器件和各种激光器的发展，使THz技术的物理机制、检测技术和应用技术研究得到了全面发展。
收发隔离网络是所有同步收发无线系统中(如雷达等)的重要部件之一，它起着隔离发射机电磁波信号以免其直接进入接收机，达到保护接收机的作用。目前，在100GHz以下频段，实现这一功能主要依靠固态电子开关和铁氧体隔离器(环形器)。但当频率超过100GHz时，却没有固态电子开关和铁氧体隔离器可以选用。 基于正交极化隔离原理的准光学收发隔离网络的工作原理为发射天线发射出的电磁波为线极化波(假设水平线极化波为Eo，垂直极化波为Ep)，水平线极化波将通过极化隔离装置，而垂直线极化波将被隔离，也就是说发射天线波束中心的功率密度与进入接收天线的电磁波功率密度之比(隔离度)要求大于60dB以上。发射天线发射的水平线极化波通过极化隔离装置后，其波束可能将有一定程度的发散，可通过透镜将发散的电磁波进行聚合。发射电磁波经过透镜后，进入极化变换器。极化变换器起着将线极化波变换为圆极化波(假设为左旋)的作用，2轴万向节可以带动电磁波进行空间的二维扫描。发射电磁波照射到被探测目标后，其回波仍然是圆极化波，但是其旋向改变为发射波旋向的相反方向，即右旋圆极化波。此右旋圆极化波经过极化变换器后将变为线极化波，其极化方向将变为发射线极化波的正交方向(即垂直线极化波)。此垂直线极化波经过透镜后，将由极化隔离装置反射进入接收天线。 目前，现有的适用于低频段的极化正交隔离方法，均无法适用于215GHz — 224GHz频段，国内也并没有相关的报道关于能够解决该问题的方法或装置；在国外，适用于此频段范围的极化隔离器的指标尚达不到实用要求。 如果采用现有的铁氧体隔离器方案，经过仿真设计，在215GHz-224GHz频段可望达到的最大隔离度为20dB，带宽为lGHz。此指标虽然在一些要求很低的同步收发无线系统中可以应用，但是对于作用距离较远的同步收发无线系统而言无法适用。此外，对于探测目标雷达散射截面积较小的雷达来说，一是隔离度指标太低( 一般雷达要求收发隔离度60dB以上)，二是工作带宽窄，不能发挥THz雷达大工作带宽的优势( 一般220GHz雷达工作带宽 可以达到5GHz以上)。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种适用于太赫兹频段为
215GHz-224GHz的极化隔离器。 本发明装置所采用的技术方案为 —种基于太赫兹的同步收发无线系统中的极化隔离器，包括一个基底和在该基底 表面经微加工工艺喷涂的多条金属线条栅格。 其中，所述基底厚度不大于0. 35mm ;直径越大越好，但不小于lOOmm。选取基底的 材质时，要求其在215GHz以上具有对于电磁波穿透率不小于-1. 5dB的性质，同时，基底材 质的摩氏硬度值在5-7之间。 所述每一条金属线条栅格均为等宽线条，且线宽不大于10 m，厚度不超过lum。 每两条金属线条栅格之间的距离相等，间距值的大小在70 m-100 m之间选取。金属线条 栅格的电导率越高越好，但不能低于铝。
有益效果 本发明所提出的极化隔离器，经试测检测，对于太赫兹频段为215GHz 224GHz 的同步收发无线系统，其隔离度不小于60dB，对于正交极化波分别实现传输损耗不大于 1. 9dB，输入功率不大于20W。 通过采用本发明装置，THz技术可广泛地应用于军事、医学、天文、生物等领域，具 有极大的科研和实用价值。尤其是对于THz雷达而言，由于毫米波段收发隔离网络不适用 于THz波段，而本发明提出的极化隔离器为研制THz雷达提供了更好的方案，使THz雷达的 实现更加简单。
图1为本发明所述极化隔离器的俯视结构图； 图2为采用本发明所述极化隔离器进行电磁波收发隔离的原理图； 图3为Eo状态下电磁波穿过极化隔离器的损耗示意图； 图4为Eo状态下进入接收天线方向与发射方向的差值示意图； 图5为Ep状态下反射波损耗示意图。 其中，l-金属线条栅格、2-基底。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。 —种基于太赫兹的同步收发无线系统中的极化隔离器，其结构如图所示，包括一 个基底2和在该基底表面经微加工工艺喷涂的多条金属线条栅格1。 其中，所述基底2厚度越薄越好，但不大于0. 35mm ;基底2直径越大越好，但不 小于lOOmm。选取基底2的材质时，要求其在215GHz以上具有对于电磁波穿透率不小 于-1. 5dB的性质，同时，基底2材质的摩氏硬度值在3-7之间。例如，基底2可采用石英玻璃、聚四氟乙烯等。 所述每一条金属线条栅格1均为等宽线条，且其线宽d不大于10 ii m，厚度不超过 lum。每两条金属线条栅格之间的距离相等，间距值的大小在70 ii m-100 y m之间选取。金
属线条栅格1的电导率越高越好，但不能低于铝，例如可采用铝、钼、银等等。
实施例1 —种基于太赫兹的同步收发无线系统中的极化隔离器，包括一个基底2和在该基 底表面经微加工工艺喷涂的多条金属线条栅格1。 其中，所述基底2厚度为0. 3mm ;直径为100mm。所述基底2的材质为石英玻璃。
所述每一条金属线条栅格1均为等宽线条，线宽d均为5 ii m，厚度为lum。每两条 金属线条栅格之间的距离相等，间距值为85 ii m。金属线条栅格1的材质选用铝。
为验证数值仿真结果的正确性，确认采用本实施例所述极化隔离器的天线的实际 性能，在电波暗室对实施例1的性能进行了测量。如图2所示，假设本极化隔离器分别用 于太赫兹频段为215GHz 、 216GHz 、 217GHz 、 218GHz 、 219GHz 、 220GHz 、 22 lGHz 、 222GHz 、 223GHz 、 224GHz的雷达中。将本实施例所述极化隔离器喷涂有金属线条栅格1的一面朝向发射天 线，并且该面要与发射波发射方向成45。角；未涂有喷涂有金属线条栅格1的一面与接收 天线方向之间呈45。角，使反射波能够被极化隔离器反射至接收天线。发射天线发射出的 电磁波为线极化波(假设水平线极化波为Eo，垂直极化波为Ep)，水平线极化波将通过极化 隔离器，而垂直线极化波将被隔离。发射天线发射的水平线极化波通过极化隔离器后，进入 极化变换器。极化变换器将线极化波变换为圆极化波(假设为左旋)的作用，2轴万向节带 动电磁波进行空间的二维扫描。发射电磁波照射到被探测目标后，其回波仍然是圆极化波， 但是其旋向改变为发射波旋向的相反方向，即右旋圆极化波。此右旋圆极化波经过极化变 换器后将变为线极化波，其极化方向将变为发射线极化波的正交方向(即垂直线极化波)。 此垂直线极化波经由极化隔离器反射进入接收天线。测量结果如图3、图4、图5所示。由图4可知，采用本实施例对雷达天线进行收发 隔离后，雷达发射天线的发射波经过目标反射进入接收天线后，其同极化回波进入接收天 线的衰减小于_40(18，完全达到保护接收机的作用。
实施例2 —种基于太赫兹的同步收发无线系统中的极化隔离器，包括一个基底2和在该基 底表面经微加工工艺喷涂的多条金属线条栅格1。 其中，所述基底2厚度为0. 35mm ;直径为150mm。所述基底2的材质为聚四氟乙 烯。 所述每一条金属线条栅格1均为等宽线条，线宽d均为8 ii m，厚度为0. 8um。每两 条金属线条栅格之间的距离相等，间距值为70 ii m。金属线条栅格1的材质选用银。
实施例3 —种基于太赫兹的同步收发无线系统中的极化隔离器，包括一个基底2和在该基 底表面经微加工工艺喷涂的多条金属线条栅格1。 其中，所述基底2厚度为0. 35mm ;直径为200mm。所述基底2的材质为石英玻璃。
所述每一条金属线条栅格l均为等宽线条，线宽d均为10iim，厚度为lum。每两 条金属线条栅格之间的距离相等，间距值为100 ym。金属线条栅格l的材质选用铂。
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实施例2和实施例3测试过程同理实施例1，其同极化回波进入接收天线的衰减也 小于-40dB，完全达到性能要求。需要指出的是，本发明并不仅限定于上述三种实施例。只 要所采用的技术方案与本说明书发明内容中所述的技术手段相同或相类似，均落在本发明 保护范围之内。
权利要求
一种基于太赫兹的同步收发无线系统中的极化隔离器，用于太赫兹频段为215GHz～224GHz的同步收发无线系统，包括一个基底(2)和在该基底表面经微加工工艺喷涂的多条金属线条栅格(1)，其特征在于所述基底(2)厚度不能大于0.35mm，基底(2)直径不小于100mm；基底(2)的材质要求其在215GHz以上具有对于电磁波穿透率不小于-1.5dB的性质，同时，基底(2)材质的硬度值在3-7之间；所述每一条金属线条栅格(1)均为等宽线条，且其线宽d不大于10μm，厚度不超过1um；每两条金属线条栅格之间的距离相等，间距值的大小在70μm-100μm之间选取；金属线条栅格(1)的电导率不能低于铝；使用时，将极化隔离器喷涂有金属线条栅格(1)的一面朝向发射天线，并且该面要与发射波发射方向呈45°角；未涂有喷涂有金属线条栅格(1)的一面与接收天线方向之间呈45°角，使反射波能够被极化隔离器反射至接收天线。
全文摘要
本发明公开了一种基于太赫兹的同步收发无线系统中的极化隔离器，解决了太赫兹频段为215GHz～224GHz的同步收发无线系统中的极化正交隔离问题，属于同步收发无线技术领域。本发明包括一个基底和在该基底表面经微加工工艺喷涂的多条金属线条栅格。每一条金属线条栅格均为等宽线条，每两条金属线条栅格之间存在间距。本发明对于太赫兹频段为215GHz～224GHz的同步收发无线系统，其隔离度不小于60dB，对于正交极化波分别实现传输损耗不大于1.9dB，输入功率不大于20W。通过采用本发明装置，THz技术可广泛地应用于军事、医学、天文、生物等领域，具有极大的科研和实用价值。
文档编号H01Q15/00GK101740873SQ20101000055
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者房丽丽, 王学田 申请人:北京理工大学