[发明专利]一种应用近零折射率超材料改善增益平坦度的太赫兹天线

权利要求书

1.一种基于近零折射率超材料的超宽带太赫兹天线，其特征在于，包括：天线辐射臂、介质基板、近零折射率超材料结构、天线馈电结构；

所述的天线辐射臂分成两部分，分别位于介质基板的上下两面；所述的近零折射率超材料结构位于介质基板的上表面，同时关于天线形成渐变槽的轴线对称分布；天线馈电结构位于远离天线辐射臂形成开口的一侧；

所述天线辐射臂，用于传输行波电流并形成电磁辐射，其位于介质基板上下面的两部分天线金属层结构形成渐变槽形状，使电流在天线上传导时形成辐射信号；

所述的介质基板，用以支撑位于其上下面的天线金属层结构；

所述的近零折射率超材料结构，用于将介质中的电磁波垂直出射起到汇聚作用，使辐射的电磁波保持良好的方向性，从而起到提升天线装置整体增益，改善增益平坦度的效果；

所述天线馈电结构用于实现超宽带馈电效果，同时使天线辐射臂和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管形成集成。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述的天线工作在太赫兹频段，频率高于100GHz。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，天线辐射臂由位于介质基板上下面的两块金属贴片组成，两块金属贴片关于介质基板短边的中轴线对称；

所述金属贴片开槽线沿天线端射方向呈指数渐变规律；

所述金属贴片在其开槽曲线所形成面的一侧边缘加载了椭圆形贴片边缘。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，介质基板材料为石英玻璃。

5.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，超材料结构由周期性电磁结构单元排列组成，其结构位于天线介质基板的上表面，关于天线形成渐变槽的轴向线对称分布，同时也位于该天线形成辐射的电场所在的开口方向。

6.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，天线馈电结构由接地共面波导、渐变微带线、平行双线三部分级联构成；

所述接地共面波导用于实现和光电太赫兹通信系统发射前端的光电二极管集成；

所述的渐变微带线和平行双线组成渐变过渡型传输线能实现宽带馈电效果。

7.根据权利要求5所述的超材料结构，其特征在于，所述超材料结构由周期形式的单层金属单元构成，金属单元所在衬底的材料和厚度与天线使用的衬底一致；单层金属单元设计为金属材质的图案，通过调节金属单元的图案形状，图案的尺寸、以及图案中线条的线宽将金属单元设计在特定的频段；并能够调节超材料结构的相对介电常数。

8.根据权利要求5所述的超材料结构，其特征在于，所述超材料结构具有近零折射率特性；在对超材料结构进行设计时，使用全波电磁仿真软件CST对其建模并进行仿真获取，以确保设计得到的超材料结构具有近零折射率特性。

9.根据权利要求8所述的近零折射率超材料，其特征在于，所述超材料结构的近零折射率特性频响范围在太赫兹频段。