[发明专利]一种超宽带大容量太赫兹超材料随机辐射天线

说明书

本发明公开了一种超宽带大容量太赫兹超材料孔径成像天线，装置包括：太赫兹超材料随机辐射孔网和太赫兹超宽带变耦合馈电系统；所述的太赫兹超材料随机辐射孔网由大量多种类的超材料单元模块组成；所述的太赫兹超宽带变耦合馈电系统包括宽带馈电模块、匹配模块及太赫兹能量传输模块；宽带馈电模块接收从馈源馈入的能量，并将其传输至匹配模块；匹配模块实现从宽带馈电模块至太赫兹能量传输模块的匹配；太赫兹能量传输模块将馈入的能量，均匀的覆盖整个太赫兹超材料随机辐射孔网，使每个超材料单元模块均可从太赫兹能量传输模块中有选择性的耦合并辐射能量。该发明满足实现超分辨率大面积非相干成像所需的测量模式需求。

技术领域

本发明涉及超材料孔径成像天线领域，特别涉及一种超宽带大容量太赫兹超材料随机辐射天线。

背景技术

现有的超材料随机辐射天线主要分为两种，无源超材料孔径随机辐射天线与有源超材料孔径随机辐射天线。这两种类型的随机辐射天线均通过电磁波照射超材料表面，利用超材料表面随机反射或者随机透射产生随机波束。无源超材料孔径随机辐射天线采用波导或者谐振腔作为馈电系统，将同轴线/波导馈入的能量均匀的分布于在波导或者谐振腔中。随机排布在超材料孔径上、具有不同谐振频率的超材料单元将波导或者谐振腔中谐振的电磁波有选择性的透射或者反射出去，实现不同频点下随机波束的产生。

有源超材料孔径随机辐射天线也采用谐振腔作为馈电系统，通过对有源超材料单元进行设计，在不同的外界条件下产生不同的谐振频率。而随机排布在谐振腔表面、谐振频率受外界条件控制的超材料单元被谐振腔内的电磁波照射并进行辐射，从而实现不同控制条件下随机波束的产生。

现有的超材料孔径随机辐射天线至少存在以下问题：

有源超材料随机辐射天线很难应用于太赫兹频段，因为有源器件的控制目前难以实现，而其有源器件的成本也非常昂贵。无源超材料孔径随机辐射天线则存在辐射效率低，因为带宽的限制导致的探测模式数少，探测模式之间相关性高等问题。目前的超材料随机辐射天线设计暂时无法同时实现超宽带设计、高辐射效率设计以及大容量低相关性探测模式设计。

发明内容

本发明的目的是设计一种超宽带大容量太赫兹超材料随机辐射天线，通过该发明，将超材料单元与馈电系统进行一体化设计，采用耦合辐射模式在太赫兹频段同时实现超宽带设计、高辐射效率设计以及大容量低相关性探测模式设计。采用该天线进行目标探测，其各个探测模式之间的低相关性具备实现高超分辨率非相干探测成像的物理基础。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超宽带大容量太赫兹超材料随机辐射天线，包括：金属底板、设置在金属底板上的第一介质层和设置在第一介质层上的第二介质层；第一介质层上设置有太赫兹超宽带变耦合馈电系统，第二介质层设置有太赫兹超材料随机辐射孔网；

所述的太赫兹超材料随机辐射孔网由多个具有不同电磁参数与结构参数的超材料单元模块阵列排布构成；

超材料单元模块用于从太赫兹超宽带变耦合馈电系统中有选择性的耦合能量并进行辐射；

所述的太赫兹超宽带变耦合馈电系统包括依次连接的宽带馈电模块、匹配模块和太赫兹能量传输模块；

宽带馈电模块，用于接收从馈源馈入的能量，将其传输到带状线上，并经过匹配模块将能量传递给太赫兹能量传输模块；

匹配模块，用于从宽带馈电模块至太赫兹能量传输模块的混合渐变式阻抗匹配，并将能量从宽带馈电模块均匀传输至太赫兹能量传输模块；

太赫兹能量传输模块，用于将匹配模块传输的能量，均匀的传输到整个太赫兹超材料随机辐射孔网覆盖区域，使每个超材料单元模块等概率的从太赫兹能量传输模块中定向耦合能量。

作为本发明的进一步改进，所述的太赫兹超材料随机辐射孔网在各个离散频点上的探测模式通过其上的多个超材料单元模块的参数与位置随机性产生；