一种太赫兹天线及电子设备的制作方法

1.本发明涉及信号传输领域，特别是涉及一种太赫兹天线及电子设备。


背景技术：

2.随着信息技术的发展和科技的进步，无线设备在我们生活中的应用越来越广泛。现有技术中主要使用毫米波段传输信息，但是目前的毫米波天线的尺寸较大，将其应用在电子设备时，电子设备的尺寸和体积较大，使用场景有限。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种太赫兹天线及电子设备，频谱资源丰富、传输速率快、保密性强及体积较小，可以调整管状导体截面辐射的电磁信号的方向，改善辐射方向图的覆盖角度。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种太赫兹天线，包括：
5.作为馈点的波导端口，用于引入太赫兹波段的电磁信号；
6.管状导体，一端与所述波导端口的平面连接，所述管状导体设置有空心夹层，用于传输所述电磁信号；
7.栅型导体，设置于所述管状导体的另一端的截面上，包括若干个平行的横向枝节和设置于所述横向枝节的中垂线处的纵向枝节，用于对所述管状导体输出的电磁信号的方向进行调整。
8.优选地，所述管状导体的轴线方向垂直于所述波导端口的截面。
9.优选地，所述管状导体垂直于所述轴线的截面为矩形，所述波导端口为矩形端口。
10.优选地，所述管状导体具有周向连接的四个侧板，一组相对的侧板为矩形侧板，另一组相对的侧板为直角梯形侧板。
11.优选地，所述纵向枝节与所述直角梯形侧板的斜边平行。
12.优选地，每相邻两个所述横向枝节之间的距离在预设范围内。
13.优选地，横向枝节的尺寸在所述天线工作频段的中心频率的波长的0.8倍至1倍之间。
14.优选地，所述栅型导体的平面与所述波导端口的平面不平行。
15.优选地，所述栅型导体的平面与所述管状导体的轴线的夹角在25
°
至30
°
之间。
16.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子设备，包括上述所述的太赫兹天线。
17.本技术提供了一种太赫兹天线，应用于信号传输领域，包括波导端口、管状导体及栅型导体，对太赫兹波段的电磁信号进行传输。其中，由于太赫兹波段的特性，本技术的天线具有频谱资源丰富、传输速率快、保密性强及体积较小的优点，因此可以拓宽天线的应用场景。此外，本技术中的管状导体在传输电磁信号的过程中，由于设置有栅型导体，其中的横向枝节可以与管状导体截面处输出的电磁信号产生电磁感应，使电磁信号发生辐射方向
上的偏移，从而可以调整管状导体截面辐射的电磁信号的方向，改善辐射方向图的覆盖角度。
18.本技术还提供了一种电子设备，与上述描述的太赫兹天线具有相同的有益效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明提供的一种太赫兹天线的示意图；
21.图2a为本发明提供的一种太赫兹天线的俯视图；
22.图2b为本发明提供的一种太赫兹天线的侧视图；
23.图2c为本发明提供的一种太赫兹天线的后视图；
24.图3为本发明提供的一种太赫兹天线的回波损耗示意图；
25.图4为本发明提供的一种太赫兹天线的方向性示意图。
具体实施方式
26.本发明的核心是提供一种太赫兹天线及电子设备，频谱资源丰富、传输速率快、保密性强及体积较小，可以调整管状导体截面辐射的电磁信号的方向，改善辐射方向图的覆盖角度。
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.请参照图1，图1为本发明提供的一种太赫兹天线的示意图，该天线包括：
29.作为馈点的波导端口101，用于引入太赫兹波段的电磁信号；
30.管状导体102，一端与波导端口101的平面连接，管状导体102设置有空心夹层，用于传输电磁信号；
31.栅型导体103，设置于管状导体102的另一端的截面上，包括若干个平行的横向枝节和设置于横向枝节的中垂线处的纵向枝节，用于对管状导体102输出的电磁信号的方向进行调整。
32.具体地，本技术中的太赫兹天线包括波导端口101、管状导体102和栅型导体103，天线的工作原理为：
33.波导端口101引入电磁信号，将电磁能量馈送至管状导体102的一端；管状导体102以波导模式工作将电磁信号通过另一端的截面的开口处向自由空间辐射；栅型导体103包括若干个横向枝节和一个纵向枝节，其作用为将管状导体102的开口处辐射的电磁波束(也即电磁信号的方向)进行调整，以改善辐射方向图覆盖角度。
34.需要说明的是，本技术中的横向枝节相当于是辐射单元，用于对管状导体102输出的电磁信号进行进一步的辐射，其中，纵向枝节作为参考地，以提供零电势参考，从而保证
各横向枝节电磁感应所产生的感生电流的相位一致。
35.还需要说明的是，本技术中波导端口101的形状可以是矩形或者圆形等，本技术在此不在限定。进一步的，管状导体102中的空心夹层可以类比于管道或者光纤等，用于传输电磁信号。进一步的，栅型导体103中横向枝节的个数及横向枝节之间的间距等具体结构根据实际需要调整的电磁信号的方向而定，也即，在需要调整的方向不同时，对应的栅型导体103的结构可能会不同。
36.进一步需要说明的是，本技术中的栅型导体103的材质为超材料，其中，超材料是指被设计成具有天然材料中不存在的特性的材料，一般通过金属和其他非金属材料组成。通过设计超材料的形状，几何形状，大小，方向，排列，使得超材料可以操纵电磁波的特性：阻挡，吸收，增强，弯曲电磁波，从而实现超材料的特性。
37.此外，太赫兹波段介于毫米波段与红外波段之间，工作频段为100ghz～10thz，工作波长覆盖30um～3mm的电磁辐射区域。其优点为频谱资源丰富，传输速率快，保密性强。且太赫兹波段对应的天线的尺寸较小，将其应用于电子设备时，可以减小电子设备的体积。
38.综上，本技术中的太赫兹天线频谱资源丰富、传输速率快、保密性强及体积较小，可以调整管状导体102截面辐射的电磁信号的方向，改善辐射方向图的覆盖角度。
39.在上述实施例的基础上：
40.作为一种优选的实施例，管状导体102的轴线方向垂直于波导端口101的截面。
41.本实施例旨在限定管状导体102与波导端口101之间的具体位置关系，具体地，波导端口101的截面和管状导体102的轴线方向垂直时，波导端口101传输至管状导体102的电磁能量最多，传输信号的效率最高。
42.作为一种优选的实施例，管状导体102垂直于轴线的截面为矩形，波导端口101为矩形端口。
43.本实施例旨在限定波导端口101和管状导体102的具体结构，具体地，可参照图1和图2c，图2c为本发明提供的一种太赫兹天线的后视图，在波导端口101为矩形端口时，为与波段端口的平面匹配连接，本技术中的管状导体102的截面也是矩形结构，以准确的接收波导端口101输出的电磁信号。
44.作为一种优选的实施例，管状导体102具有周向连接的四个侧板，一组相对的侧板为矩形侧板，另一组相对的侧板为直角梯形侧板。
45.本实施例旨在限定管状导体102的具体结构，具体地，可参照图1和图2b，图2b为本发明提供的一种太赫兹天线的侧视图，在上述波段端口为矩形端口的基础上，本技术中的管状导体102可以但不限于包括4个侧板，且4个侧板均具有空心夹层，4个侧板组成一个整体的传输导体，以传输电磁信号。具体地，管状导体102的四个侧板沿周向依次为矩形-直角梯形-矩形-直角梯形(可参照图1)。
46.其中，管状导体102中具有空心夹层的直角梯形侧板的尺寸可以为：上底为2mm，下底为4mm，高度为1mm，宽度为1mm，厚度为0.1mm。
47.由于本技术中的管状导体102包括两个直角梯形侧板，因此管状导体102的另一端的截面相当于是直角梯形侧板的两个斜边及两个矩形侧板的一边，斜边相比于矩形的直角边而言，长度较长，因此，可以尽可能的辐射出更多的电磁信号。
48.作为一种优选的实施例，纵向枝节与直角梯形侧板的斜边平行。
49.本实施例旨在限定纵向枝节在所述栅型导体103所在平面的位置，具体地，可以参照图1和图2a，图2a为本发明提供的一种太赫兹天线的俯视图。其中，栅型导体103中的纵向枝节和横向枝节设置于栅型导体103平面的中央，且纵向枝节与栅型导体103平面的一侧(直角梯形侧板的斜边)，此时可以实现对管状导体102开口处的电磁波束的最好调整。
50.作为一种优选的实施例，每相邻两个横向枝节之间的距离在预设范围内。
51.具体地，每相邻两个横向之间的距离大约相等，具体描述为：每相邻两个横向枝节之间的距离在预设范围内。在一具体实施例中，每相邻两个横向枝节之间的距离相等。
52.具体地，在一具体实施例中，每相邻两个横向枝节之间的距离为0.5mm，横向枝节设置有7个。
53.作为一种优选的实施例，横向枝节的尺寸在天线工作频段的中心频率的波长的0.8倍至1倍之间。
54.为了能与管状导体102开口处的电磁信号产生电磁感应，本技术中分布在纵向枝节两侧的横向枝节的尺寸需要在天线工作频段的中心频率的波长的0.8倍-1倍之间。具体地，在一具体实施例中，横向枝节的尺寸为天线工作频段的中心频率的波长，以最好程度的与管状导体102开口处的电磁信号产生电磁感应。
55.具体地，在一具体实施例中，横向枝节的长度为0.9mm，宽度为0.1mm，厚度为0.05mm，横向枝节之间的间距为0.5mm；纵向枝节的长度为3mm，宽度为0.1mm，厚度为0.05mm。
56.作为一种优选的实施例，栅型导体103的平面与波导端口101的平面不平行。
57.进一步的，栅型导体103的平面与波导端口101的平面不平行时，管状导体102的另一端的界面的开口较大，此时管状导体102的另一端的截面的电磁能量就越多，而不是全部集中在管状导体102的轴线方向。
58.作为一种优选的实施例，栅型导体103的平面与管状导体102的轴线的夹角在25
°
至30
°
之间。
59.但是，进一步的，栅型导体103的平面与管状导体102的轴线之间具有一定的夹角时，可以增多管状导体102的另一端的截面的电磁能量，但是如果夹角过小时，并不会使电磁能量无限增多，甚至会使电磁能量减少，因此，本实施例将夹角限定在25度至30度之间，具体地，优选为25度。在图2b中表示为直角梯形侧板的斜边与长底边之间的夹角为25度。
60.在上述天线结构的基础上，请参照图3和图4，图3为本发明提供的一种太赫兹天线的回波损耗示意图，图4为本发明提供的一种太赫兹天线的方向性示意图。由图3可以得知，本技术中的天线可以对太赫兹波段(400～600ghz)的信号进行传输。由图4可以得知，本技术中的太赫兹天线在160度-180度方向的辐射性能较强，因此本技术中太赫兹天线可以实现对电磁信号的方向的调整，可以增强某一方向上辐射信号的强度。
61.一种电子设备，包括上述的太赫兹天线。
62.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种电子设备，对于电子设备的介绍请参照上述实施例，本技术在此不再赘述。
63.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在
涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
64.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
65.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。