[发明专利]一种太赫兹阵列及天线前端

说明书

本发明公开了一种太赫兹阵列及天线前端，所述太赫兹阵列包括上层石英基板、下层石英基板，所述上层石英基板的下表面镀有反射式超表面移相器阵列；所述下层石英基板的上表面镀有一层金属接地层；所述上层石英基板、下层石英基板间填充有液晶，所述反射式超表面移相器阵列通过控制线加载电压。本发明的子阵能独立控制，可实现太赫兹液晶阵列的任意波束形成，在保证液晶阵列辐射性能的同时，大大降低工艺难度和加工成本。

技术领域

本发明属于太赫兹波束形成技术，具体为一种太赫兹阵列及天线前端。

背景技术

为实现太赫兹频段的任意波束形成，除常规的有源片上相控阵架构，基于可调谐材料的太赫兹波束形成方案已得到研究人员的广泛关注。基于可调谐材料的太赫兹天线利用材料本身受外界激励本征参数发生改变的原理实现对相位的改变，典型材料包括温控二氧化钒、液晶、石墨烯等。

其中，基于液晶的波束形成天线通常采用液晶移相器实现辐射单元的移相功能，由于液晶移相器采用电压控制，因此需要给液晶移相器单元加载电压偏置网络。2015年，在《Design and Demonstr，ation of an Electronically Scanned Reflectarray Antennaat 100GHz Using Multi-Resonant Cells Based on Liquid Crystals》一文中，西班牙马德里理工大学G.Perez-Palomino提出液晶相控阵天线，并在100GHz附近实现波束扫描，扫描范围55°，其偏置电压通过行馈的形式实现，能实现波束一维扫描，但波束副瓣较高。若实现任意波束形成，对液晶移相器的控制需达到单元级。由于电压偏置线本身具有一定的线宽，以及相邻偏压线之间的距离限制，液晶阵面内用于布局偏压线的空间有限。随着阵列规模的加大以及频率的进一步升高，单元级电压偏置网络越来越复杂，尤其是阵面中心区域的移相器的偏压线布局，因此，实现液晶相控阵任意波束形成扫描所需的偏置网络的设计已经成为制约液晶太赫兹天线发展的瓶颈问题。现有的液晶太赫兹天线，大多数偏置网络的设计仅实现了波束一维扫描。

发明内容

本发明提出了一种太赫兹阵列。

实现本发明目的的技术方案为：一种太赫兹阵列，包括上层石英基板、下层石英基板，所述上层石英基板的下表面镀有反射式超表面移相器阵列；所述下层石英基板的上表面镀有一层金属接地层；所述上层石英基板、下层石英基板间填充有液晶，所述反射式超表面移相器阵列通过控制线加载电压。

优选地，所述反射式超表面移相器阵列包括M×M个超表面单元，每个超表面单元引出一条控制线至阵面边缘与电压输入引脚连接。

优选地，所述反射式超表面移相器阵列包括N×N个子阵，每个子阵包括2×2个超表面单元，每个子阵内的超表面单元通过一条控制线串联在一起，且每个子阵引出一条控制线至阵面边缘与电压输入引脚连接。

优选地，所述反射式超表面移相器阵列分为5个区，分别为A、B、C、D和E区，A、B、C、D四个区为边缘区，E区为中心区，每个区域内的控制线分别独立布线，通过移相器之间的行或列通道引至阵面边缘，其中E区的偏压线分别通过位于A、B、C、D区的4个通道引至液晶阵面边缘。

优选地，所述超表面单元为超表面双极子单元。

优选地，控制线通过反射式超表面移相器阵列行与行之间的间隙引至阵面边缘。

优选地，相邻控制线之间的最窄缝隙宽度大于控制线线宽。

优选地，所述液晶采用向列型液晶。