应用于太赫兹频段焦平面阵列的椭球透镜天线设计方法
【专利摘要】本发明公开了应用于太赫兹频段焦平面阵列的椭球透镜天线设计方法，涉及太赫兹探测的【技术领域】。传统椭球透镜天线存在着可用视场较小，离轴阵列单元像质随离轴距离的增大迅速恶化的缺陷。本发明专利提出一种椭球透镜天线优化设计方法，通过综合优化椭球透镜的偏心率与扩展长度，使得给定视场区域内的像元平均增益达到最高、像元间的增益起伏达到最低。本发明具有设计方法简单易行，不受平面天线形式的限制，且对离轴阵列单元像质的改善明显等优点。
【专利说明】应用于太赫兹频段焦平面阵列的椭球透镜天线设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太赫兹探测的【技术领域】，具体地说是应用于太赫兹频段焦平面阵列的 椭球透镜天线设计方法。
【背景技术】
[0002] 太赫兹焦平面阵列在太赫兹天文、医学成像和公共安全等领域有着广泛应用。太 赫兹焦面阵辐射(或接收）电磁信号的形式有两种，一种是采用金属馈源喇叭阵列的方式， 另一种是采用平面天线与介质透镜组合而成的准光学天线阵列。相对于馈源喇叭阵列，准 光学天线的优点是阵列物理尺寸更为紧凑，制备成本更低，易于大规模集成，并可以方便地 实现与探测器芯片的集成，已在太赫兹单像元探测器和多像元探测器阵列中得到成功应 用。
[0003] 单像元准光学天线由一块介质透镜和一个位于透镜背面中心处的平面天线 (如双槽天线或螺旋天线等）组成。实际制备时，平面天线常常与探测器一起集成在独 立的基片上，且基片材料与介质透镜材料一致。介质透镜通常由高介电常数的材料(如 硅和砷化镓等）加工而成。根据透镜形状的不同，又可分为超半球透镜、扩展半球透 镜和椭球透镜等，如图1所示。超半球透镜具有半球形曲面，焦平面到球心的距离为
【权利要求】
1. 应用于太赫兹频段焦平面阵列的椭球透镜天线设计方法，包括以下步骤： 步骤一、根据太赫兹频段波长
设置合适的平面天线的尺寸参数； 步骤二、根据椭球透镜所需的外径々设置椭球透镜的短轴长度6=1/如； 其特征是： 步骤三、在
的范围内选取多个（
）组合，其中，e为椭球 透镜偏心率，//为扩展长度，即焦平面至椭球透镜球心的距离，/7为椭球透镜材料的折射率； 步骤四、确定步骤三中选取的每一组（
）组合所对应的椭球透镜的面形以及焦平面 的位置：根据椭球透镜偏心率e和椭球透镜球体短轴长度6得出椭球透镜长轴a的长度，从 而确定椭球透镜的面形，根据焦平面至椭球透镜球心的距离//确定焦平面的位置； 步骤五、将焦平面上视场区域内的每一个像元，分别利用物理光学算法计算其通过椭 球透镜向外辐射的方向图，并根据方向图计算各像元的增益<
，其中N为视场内 的像元总数； 步骤六、计算每一组（
）组合所对应的焦平面上视场区域内的平均增益1
和增益起伏
步骤七、设置增益起伏阈值； 步骤八、剔除
大于增益起伏阈值的（
）组合，然后选取焦平面上视场区域内平均 增益
最高的（
）组合作为优化设计的最终参数用于制备椭球透镜天线。
2. 根据权利要求1所述的应用于太赫兹频段焦平面阵列的椭球透镜天线设计方法，其 特征是：所述的平面天线为双槽天线。
3. 根据权利要求2所述的应用于太赫兹频段焦平面阵列的椭球透镜天线设计方法，其 特征是：所述的平面天线槽长
至
槽间距
至
槽宽
4. 根据权利要求3所述的应用于太赫兹频段焦平面阵列的椭球透镜天线设计方法，其 特征是：所述的平面天线槽长
槽间距
【文档编号】H01Q19/06GK104157985SQ201410372798
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】娄铮, 史生才, 缪巍, 刘冬 申请人:中国科学院紫金山天文台