一种基于超表面的异构集成太赫兹前端及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超表面的异构集成太赫兹前端及其制造方法，包括壳体，所述壳体的顶部设有门字结构的第四盖板，第四盖板与壳体形成腔体，所述腔体内设有超表面和反射面，所述超表面采用具有电磁参数的绝缘介质材料，并且在绝缘介质材料上敷以金属薄膜；所述壳体内设有太赫兹电路、电源板以及控制板，所述电源板与太赫兹电路、控制板、超表面连接，所述控制板与太赫兹电路、超表面连接，所述壳体内还设有馈源，太赫兹电路产生的电磁波能够经过馈源辐射至反射面。本发明专利技术在不增加外部机械装置的情况下实现波束扫描，从而进一步扩大其体积、重量和成本优势，使其满足太赫兹前端类产品工程化应用的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超表面的异构集成太赫兹前端及其制造方法
本专利技术涉及太赫兹前端
，具体涉及一种基于超表面的异构集成太赫兹前端及其制造方法。
技术介绍
太赫兹前端，一般由天线、收发组件、壳体及辅件组成，辅件主要包括线缆、紧固件、胶水、垫片等。传统的太赫兹前端天线和收发组件分离设计，因此体积大、重量大。传统的太赫兹天线一般采用喇叭天线、反射面天线或喇叭-反射面组合的天线，本身不具备波束扫描能力。要使用传统太赫兹前端实现通信设备和雷达设备所必须的波束扫描功能，就需要外加机械传动和机械控制装置，使其体积、重量和成本进一步恶化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供一种基于超表面的异构集成太赫兹前端及其制造方法，在不增加外部机械装置的情况下实现波束扫描，从而进一步扩大其体积、重量和成本优势，使其满足太赫兹前端类产品工程化应用的需求。本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于超表面的异构集成太赫兹前端及其制造方法，包括壳体，所述壳体的顶部设有门字结构的第四盖板，第四盖板与壳体形成腔体，所述腔体内设有超表面和反射面，所述超表面采用电磁介质材料，并且在绝缘介质材料上敷以金属薄膜；所述壳体内设有太赫兹电路、电源板以及控制板，所述电源板与太赫兹电路、控制板、超表面连接，所述控制板与太赫兹电路、超表面连接，所述壳体内还设有馈源，太赫兹电路产生的电磁波能够经过馈源辐射至反射面。针对现有太赫兹前端天线、收发组件等分离设计制造，其需要外部机械装置帮助实现波束扫描，因此其体积大、重量大、成本高，体积大、重量大、成本高是传统太赫兹前端的主要缺点，是太赫兹前端类产品工程化应用的主要障碍，为此，本技术方案通过将天线、收发组件、壳体等不同机构一体化集成设计，达到异构集成的效果，并将超表面技术应用于天线设计，降低产品的体积、重量和制造成本，同时，超表面天线具有电子波束扫描能力，可以在不增加外部机械装置的情况下实现波束扫描，从而进一步扩大其体积、重量和成本优势，使其满足太赫兹前端类产品工程化应用的需求。本技术方案中设置的电源板为太赫兹电路、控制板和超表面提供各自所需的电源供应，控制板是本产品的控制中心，主要功能为与外部通信，并将外部指令转化后下发至太赫兹电路和超表面，同时控制板还具有通信、计算、数据采集、状态监控功能，太赫兹电路是将太赫兹信号下变频至10GHz或者更低，方便后端进行处理，利用设置的馈源将电磁波辐射至第四盖板与壳体形成的腔体内，并且被设置在腔体内的反射面反射，波束照射到整个超表面，超表面对电磁波二次反射形成可指向可调的平面波束。在太赫兹前端中，控制电路、电源电路都是太赫兹电路、馈源、超表面、反射面的辅助电路，反射面和超表面共同组成天线系统，太赫兹电路分为发射电路和接收电路。发射电路将外部输入的中频信号转换为太赫兹信号，并通过馈源形成太赫兹波束发射出去，照射在反射面或超表面上，该波束经过反射面和超表面共同组成的天线系统后，形成向前照射的平面波波束，辐射到空间中。反射面和超表面共同组成的天线系统将空间中的太赫兹信号接收下来，接收的太赫兹信号经过馈源，进入太赫兹电路，太赫兹电路对信号进行下变频，转换为中频信号并输出，基于上述机理，随控制板发出不同的控制数据，超表面对波束造成不同的反射或折射，从而配合反射面形成不同的波束指向，控制数据中下达规律扫描的波束指令，则太赫兹波束按要求扫描。进一步地，所述壳体的底部沿水平方向依次设有若干安装槽，所述电源板、太赫兹电路、控制板分别位于各个安装槽内；还包括第一盖板、第二盖板以及第三盖板，所述第一盖板、第二盖板以及第三盖板能够分别将电源板、太赫兹电路、控制板封装在安装槽内。设置的各个安装槽用于分别安装电源板、太赫兹电路以及控制板，而设置的第一盖板、第二盖板、第三盖板分别用于各个安装槽进行封装，从而将电源板、太赫兹电路、控制板封装在安装各自的安装槽内。进一步地，所述太赫兹电路包括太赫兹芯片和电路元器件；所述电源板包括第一印制电路板、安装在第一印制电路板上的电源芯片、供电接口；所述控制板包括第二印制电路板、安装在第二印制电路板上的控制芯片、控制接口。太赫兹电路的太赫兹芯片和电路元器件按照设计要求安装在壳体太赫兹电路对应区域，即壳体的第二安装槽内，太赫兹电路具有可通过跳线与其他电路部分连接；电源板由第一印制电路板以及安装在第一印制上的电源芯片组成，电源板具有连接器与其他电路部分连接，并具备外部供电接口，设置的电源板用于为太赫兹电路、控制板和超表面提供各自所需的电源供应；控制板是包括第二印制电路板、安装在第二印制电路板上的控制芯片、控制接口，控制板具有连接器与其他电路部分连接，并具备外部控制接口。进一步地，所述反射面为一金属的光滑或非光滑曲面表面；所述反射面为一金属的光滑或非光滑平面表面。设置的反射面用于对经馈源辐射的电磁波进行反射，使得电磁波波束照射到整个超表面上，使得反射面能够作为类卡塞格伦结构的次镜。进一步地，所述超表面的金属薄膜为铜、金、银或以此几种材料中的一种作为主材的合金，并且在金属薄膜上设有电装工艺安装太赫兹二极管或三极管、连接器。优选地，所述超表面由第四盖板进行内支撑，所述馈源位于壳体的中央位置处，所述反射面为壳体朝向第四盖板方向的金属面。为了实现太赫兹前端结构的最简化，将超表面有设置在壳体上的第四盖板进行支撑，超表面与控制板之间的连线与第四盖板一体化设计制造；馈源设置在壳体与第四盖板安装侧平面上观察位于前端的壳体几何中心，与壳体一体化设计制造，达到结构件功能化的效果，以减小体积；馈源激励集成在太赫兹电路内；反射面是利用壳体本身的一个金属面，实现了结构件功能化，收集天线后向泄露能力以进一步保证天线整体增益；电磁波的传输路径可以按照光学方法进行估计，电磁波经馈源辐射出去，被超表面折射后形成指向可调的平面波束。优选地，所述超表面敷设在壳体朝向第四盖板的外壁上，所述馈源位于壳体的中央位置处，所述反射面为位于第四盖板内壁上的金属平面或曲面，并且反射面与馈源对正。为了实现前端剖面最低，将超表面敷设于壳体上，超表面与控制板之间的连线与壳体一体化设计制造；馈源在壳体第四盖板安装侧平面上观察位于前面的壳体几何中心，与壳体一体化设计制造，达到结构件功能化的效果，以减小体积；馈源激励集成在太赫兹电路内；反射面是在第四盖板上安装的一个面积较小的金属平面或曲面，作为类卡塞格伦结构的次镜，电池波的传输路径可以按照光学方法进行估计，电池波经馈源辐射出去，被反射面反射，波束照射到整个超表面；超表面对电磁波进行二次反射形成指向可调的平面波束。优选地，所述超表面敷设在壳体朝向第四盖板的外壁上，所述反射面为曲面金属，反射面一端与第四盖板其中一个侧壁连接，另一端与第四盖板的壁内顶连接，所述馈源位于壳体上，并且与反射面对正。为了实现前端剖面最低，将超表面还是敷设于壳体上，超表面与控制板之间的连线与壳体一体化设计制造；馈源在壳体第四盖板安装侧平面上观察靠近前端的壳体边缘，与壳体一体化设计制造，达到结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超表面的异构集成太赫兹前端，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)的顶部设有第四盖板(11)，第四盖板(11)与壳体(1)形成腔体，所述腔体内设有超表面(5)和反射面(6)，所述超表面(5)采用电磁介质材料；所述壳体(1)内设有太赫兹电路(3)、电源板(2)以及控制板(4)，所述电源板(2)与太赫兹电路(3)、控制板(4)、超表面(5)连接，所述控制板(4)与太赫兹电路(3)、超表面(5)连接，所述壳体(1)内还设有馈源(7)，太赫兹电路(3)产生的电磁波能够经过馈源(7)辐射至反射面(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面的异构集成太赫兹前端，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)的顶部设有第四盖板(11)，第四盖板(11)与壳体(1)形成腔体，所述腔体内设有超表面(5)和反射面(6)，所述超表面(5)采用电磁介质材料；所述壳体(1)内设有太赫兹电路(3)、电源板(2)以及控制板(4)，所述电源板(2)与太赫兹电路(3)、控制板(4)、超表面(5)连接，所述控制板(4)与太赫兹电路(3)、超表面(5)连接，所述壳体(1)内还设有馈源(7)，太赫兹电路(3)产生的电磁波能够经过馈源(7)辐射至反射面(6)。


2.根据权利要求1所述的一种基于超表面的异构集成太赫兹前端，其特征在于，所述壳体(1)的底部沿水平方向依次设有若干安装槽，所述电源板(2)、太赫兹电路(3)、控制板(4)分别位于各个安装槽内；还包括第一盖板(8)、第二盖板(9)以及第三盖板(10)，所述第一盖板(8)、第二盖板(9)以及第三盖板(10)能够分别将电源板(2)、太赫兹电路(3)、控制板(4)封装在安装槽内。


3.根据权利要求1所述的一种基于超表面的异构集成太赫兹前端，其特征在于，所述太赫兹电路(3)包括太赫兹芯片和电路元器件；
所述电源板(2)包括第一印制电路板、安装在第一印制电路板上的电源芯片、供电接口；
所述控制板(4)包括第二印制电路板、安装在第二印制电路板上的控制芯片、控制接口。


4.根据权利要求1所述的一种基于超表面的异构集成太赫兹前端，其特征在于，所述反射面(6)为一金属的光滑或非光滑曲面表面。


5.根据权利要求1所述的一种基于超表面的异构集成太赫兹前端，其特征在于，所述反射面(6)为一金属的光滑或非光滑平面表面。


6.根据权利要求1所述的一种基于超表面的异构集成太赫兹前端，其特征在于，所述超表面(5)的金属薄膜为铜、金、银或以此几种材料中的一种作为主材的合金，并且在金属薄膜上设有电装工艺安装太赫兹二极管或三极管、连接器。


7.根据权利要求1所述的一种基于超表面的异构集成太赫兹前端，其特征在于，所述超表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡彦胜，张萌，黄智，何宁，
申请(专利权)人：航天科工通信技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51