太赫茲輻射源設計和波譜整形技術研究

《太赫茲輻射源設計和波譜整形技術研究》是依託北京郵電大學，由張金玲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：太赫茲輻射源設計和波譜整形技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張金玲
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

目前，處於起步階段的太赫茲（THz）通信技術在未來高速率、大容量、高安全性和保密性的空間通信領域具有廣闊的套用前景。基於此，提出THz通信系統中關鍵技術-輻射源設計和波譜整形技術研究課題。採用時域有限差分算法和有限元數值分析方法對THz頻段的噪聲、傳輸損耗、天線增益、波束寬度進行分析，研究THz輻射源和THz波譜傳輸的工作機理和關鍵技術；擬基於光子晶體結構和本科研組做過多年研究的缺陷結構、帶隙結構和周期結構的微波器件設計和THz成像技術的基礎，突破THz輻射源和濾波器的設計與實現的關鍵技術；用數值算法模擬不同模式THz脈衝經過整形濾波的波形變化，研究其在時域和頻域中的特性；搭建基於THz天線技術的THz脈衝輻射產生系統，獲取THz脈衝信號；在實現 THz脈衝輻射系統的基礎上基於干涉原理對THz波譜整形進行研究，為新一代高速無線通信技術的發展奠定理論與技術基礎。

結題摘要

基於太赫茲（THz）通信技術在未來高速率、大容量、高安全性的空間通信領域具有廣闊的套用前景。本研究項目採用時域有限差分算法和有限元數值分析方法對 THz 頻段的噪聲、傳輸損耗、天線增益、波束寬度進行分析，研究 THz 輻射天線和 THz 波譜傳輸的工作機理和關鍵技術；搭建THz 飛秒雷射脈衝輻射系統，設計太赫茲濾波器進行了 THz 脈衝輻射波譜整形研究，為新一代高速無線通信技術的發展奠定理論與技術基礎。 主要研究工作和創新點如下： 1. 太赫茲濾波器研究設計：設計了幾款工作於太赫茲波段的頻率選擇表面（FSS）太赫茲濾波器並進行了仿真最佳化和實物製作。採用等效電路法、時域有限差分法和有限元法對濾波器進行了理論分析，綜合考慮了濾波性能、穩定性和加工工藝等因素. 設計了一款工作於大氣視窗0.41THz的T型太赫茲濾波器，建立了該濾波器物理模型、並對其參數進行最佳化設計和仿真分析，得到帶內抑制效果-42dB，頻寬為0.201THz.提出了一種新的雙阻帶T型太赫茲濾波器和啞鈴型太赫茲濾波器，進行了仿真和最佳化,搭建了太赫茲時域光譜分析系統,對其進行性能測試，仿真和測試結果吻合良好。 2. 太赫茲天線研究設計：研究設計了中心工作頻率為88.4GHz,-10dB通頻寬度為16.4GHz，最大定向性為13dBi的金屬波導開槽天線。利用貼片型頻率選擇陣列的帶阻特性設計了頻率選擇表面結構反射面天線，中心工作頻率為101GHz, -10dB通頻寬度為6GHz,反射係數深達-50dB的太赫茲天線。採用可與人體共生的生物陶瓷為基底，設計了可植入眼底陶瓷貼片蝴蝶形天線，工作於0.224THz，-10dB頻寬為11.6GHz，最大定向性為11.8dBi。利用微機械精密加工技術實現了波導開槽天線和波導寬邊饋電角錐喇叭天線的製作，測試了天線的反射係數，仿真和測試結果吻合較好。 3. 天線陣系統研究設計：提出了改進型自適應遺傳算法，設計了16單元矩形微帶貼片陣列天線模型和16單元印刷偶極子陣列天線模型，利用改進型自適應遺傳算法和本研究提出的波束掃描分析法，實現了兩個陣列天線模型餘割平方波束的賦形。設計了固定幅度唯相位控制波束的新型串饋功分器，將該功分器與印刷偶極子陣列天線進行對接以組成陣列天線系統，測試結果表明，該天線系統具有餘割平方波束賦形性能。