【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太赫兹通信领域，具体涉及一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统。
技术介绍
1、太赫兹波是指频率在100ghz到10thz范围的电磁波，波长介于红外与毫米波之间，太赫兹波具有穿透性强、使用安全性高、定向性好、带宽高等技术特性。被广泛应用于生物医学、无损检测、空间物理及军事通信等领域。
2、天线作为通信系统的最前端，是辐射/接收电磁波的重要载体。在天线设计时，其具备可控的增益特性，能够将输入系统的能量集中地朝向固定方向进行辐射。相对于常用的无线通信频段(如2.45ghz、5.8ghz)以及其他微波波段(如x波段、ku波段、ka波段)而言，太赫兹波在传输时存在一个明显的问题，那就是其路径损耗相当显著。而且在相同辐射功率的条件下，太赫兹波的物理传输距离相对较短。鉴于此，在太赫兹频段中，为了有效对抗路径损耗，采用大口径天线来提高辐射增益就显得尤为重要。
3、高增益天线涵盖了阵列天线、反射面天线以及透镜天线等多种类型。传统的反射面天线和透镜天线，一般包含单个馈源天线以及对应的反射面或者透镜。在馈电网络确定后，这类天线的波束指向也随之确定了。在医疗、通信以及安全检查等诸多领域中，常常会要求天线波束能够实现一定范围的覆盖。然而，对于传统单馈源的反射面、透镜天线来讲，若要进行波束扫描，就需要额外装配电机来实现机械扫描，可机械扫描的速度和精度往往是比较有限的，很难满足实际应用中的一些复杂需求。
4、相控阵天线则有所不同，它通过在阵列天线单元前端引入调幅调相器件，借助幅相调控的方式，能够有效改变波束指
5、在太赫兹波段，由于受到目前加工工艺精度以及较高材料损耗的限制，金属因其自身所具有的低损耗特性，成为了太赫兹频段天线设计的热门材料。当下，太赫兹电路更多地采用金属腔体的形式来进行设计与加工，可这样做往往会致使电路本身的体积远远大于天线。再综合考虑电路器件本身在设计、测试方面存在的难点以及损耗问题，目前主流的太赫兹相控阵天线系统基本上还是采用一维扫描设计。这也就意味着，若要实现二维扫描，就需要额外增加电机来辅助转动。但对于工作波长处于毫米甚至更小波长的高增益天线系统来说，这对电机的精度以及反应速度都提出了非常高的要求，目前很难有合适的电机能够完全满足这样的要求。
6、综上所述，目前迫切需要一种能够实现高增益二维波束覆盖的天线系统，以更好地满足太赫兹频段在不同应用场景下的通信需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，在有限通道数量下，实现了二维波束覆盖范围以及高增益的辐射需求，同时兼具布局紧凑、体积、易集成等优点。能够更好地满足太赫兹频段在不同应用场景下的通信需求。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，包括太赫兹混频器阵列、太赫兹外拓模块、相控馈源多波束天线、以及太赫兹本振馈电电路；太赫兹混频器阵列设于太赫兹外拓模块的下方；相控馈源多波束天线设于太赫兹外拓模块的上方；
4、所述太赫兹混频器阵列由n个波导太赫兹混频器组成，每个波导太赫兹混频器上均设有n个第一非标法兰和n个射频连接器，第一非标法兰上设有本振端口和射频端口，n个射频连接器连接中频模块；
5、所述太赫兹外拓模块包括n个第二非标法兰、n路本振功分链路、以及n路射频拓展链路；每个第二非标法兰上同样设本振端口和射频端口；每路本振功分链路的输出端口与每路射频拓展链路的输出端口共用一个第二非标法兰，两者分别经由该第二非标法兰上的本振端口和射频端口，与对应的第一非标法兰上的本振端口和射频端口进行对应连接；
6、所述相控馈源多波束天线包括硅积喇叭天线阵列、以及广义龙伯透镜天线；硅积喇叭天线阵列设于太赫兹外拓模块，并通过异质结合方式与太赫兹外拓模块相连；硅积喇叭天线阵列由n个硅积喇叭天线组成，每个硅积喇叭天线各与一个第二非标法兰相连，且与该第二非标法兰的射频端口相连，即通过该射频端口与射频拓展链路相连；广义龙伯透镜天线放置在硅积喇叭天线阵列的上方；
7、所述太赫兹本振馈电电路用于为n路本振功分链路提供本振信号。
8、进一步的，所述太赫兹本振馈电电路由依次连接的x波段的频率源、8倍频器、滤波器、太赫兹可调功率放大器组成。
9、进一步的，所述硅积喇叭天线为多层硅积硅基板堆叠而成喇叭形天线。
10、进一步的，所述广义龙伯透镜天线包括外层上半球、外层下半球和内层球体，外层上半球和外层下半球对接形成外层球形腔体，内层球体放置在外层球形腔体内。
11、更进一步的，所述广义龙伯透镜天线的外层上半球和外层下半球上均设有若干不同半径的空气孔，利用同一种材料实现不同的等效相对介电常数。
12、进一步的，所述中频模块位于太赫兹混频器阵列底部，包括n路中频链路、以及与之相连的控制电路；n路中频链路各通过一个同轴连接器与n个射频连接器一一对应连接；控制电路用于调控中频链路的相位和幅度；
13、进一步的，上述太赫兹二维相控馈源多波束天线系统还包括相位校准模块，相位校准模块由放置于天线法向方向的标准增益天线和太赫兹功率计组成；
14、标准增益天线用于接收太赫兹二维相控馈源多波束天线发出的能量，将接收到的能量发送至太赫兹功率计进行显示，根据显示结果调整中频链路的幅度和相位，直到太赫兹功率计上显示的值最大时，判定此时该相控馈源多波束天线法向增益为最大值，并将中频链路当前的幅度和相位状态确定为等相位等幅度馈电指标以作为参考数据，发送至控制电路作为调控每一路中频链路的幅度相位校准的依据，从而实现对中频链路幅度和相位的校准。
15、进一步的，所述n≥4。
16、采用上述技术方案后，本专利技术具有了以下优点：
17、1、本专利技术将本振的功分链路和射频拓展链路集成在太赫兹外拓模块中，使同一个器件能布局两种电路，实现了器件电路的集成化以及小型化；每路射频拓展链路的端口与本振功分链路的每个分端口共用一个第二非标法兰，减少了结构中的法兰数量，有效地降低了体积占用，同时也缓解了后续的布线、链接及测试难题。
18、2、本专利技术将太赫兹外拓模块设于太赫兹混频阵列与相控馈源多波束天线之间，配合太赫兹外拓模块中集成的本振功分链路和射频拓展链路，实现了二维相控阵整体合理布局，器件体积更小，实现太赫兹天线系统的集成化、小型化。
19、3、本专利技术通过设置相位校准模块，实现了全自动相位快速校准这一功能，减少了因后期温漂等环境因素引发的相位漂移本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，包括太赫兹混频器阵列、太赫兹外拓模块、相控馈源多波束天线、以及太赫兹本振馈电电路，其特征在于：太赫兹混频器阵列设于太赫兹外拓模块的下方；相控馈源多波束天线设于太赫兹外拓模块的上方；
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，其特征在于：所述太赫兹本振馈电电路由依次连接的X波段的频率源、8倍频器、滤波器、太赫兹可调功率放大器组成。
3.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，其特征在于：所述硅积喇叭天线为多层硅积硅基板堆叠而成喇叭形天线。
4.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，其特征在于：所述广义龙伯透镜天线包括外层上半球、外层下半球和内层球体，外层上半球和外层下半球对接形成外层球形腔体，内层球体放置在外层球形腔体内。
5.根据权利要求4所述的一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，其特征在于：所述广义龙伯透镜天线的外层上半球和外层下半球上均设有若干不同半径的空气孔。
6.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维相控馈源多波束天
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，其特征在于：上述太赫兹二维相控馈源多波束天线系统还包括相位校准模块，相位校准模块由放置于天线法向方向的标准增益天线和太赫兹功率计组成；
...【技术特征摘要】
1.一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，包括太赫兹混频器阵列、太赫兹外拓模块、相控馈源多波束天线、以及太赫兹本振馈电电路，其特征在于：太赫兹混频器阵列设于太赫兹外拓模块的下方；相控馈源多波束天线设于太赫兹外拓模块的上方；
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，其特征在于：所述太赫兹本振馈电电路由依次连接的x波段的频率源、8倍频器、滤波器、太赫兹可调功率放大器组成。
3.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，其特征在于：所述硅积喇叭天线为多层硅积硅基板堆叠而成喇叭形天线。
4.根据权利要求1所述的一种太赫兹二维相控馈源多波束天线系统，其特征在于：所述广义龙伯透镜天线包括外层上半球、外层下半球和内层球体，外层上半球和外层下...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏一洪，杨雨蕾，关天赐，吴祖兴，刘皓中，汤浩戈，李明唐，林先其，樊勇，杨歆汨，姚尧，秦涛，朱忠博，邵伟，李升，康博超，王彩霞，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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