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基(ji)於3D打印(yin)的(de)表面波(bo)太(tai)赫茲金(jin)屬(shu)龍(long)勃透鏡(jing)天(tian)線

更新時(shi)間：2023-03-27

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太(tai)赫茲/亞(ya)太(tai)赫茲頻(pin)段的(de)復雜(za)透鏡(jing)結(jie)構加工(gong)精(jing)度和(he)公(gong)差要求(qiu)很(hen)高，壹(yi)般在幾微米以(yi)內，因此如何(he)實(shi)現太赫茲/亞(ya)太(tai)赫茲頻(pin)段的(de)天線加工(gong)是(shi)壹(yi)個(ge)關鍵(jian)問(wen)題(ti)。3D打印(yin)技(ji)術(shu)以(yi)其自(zi)由成型的能(neng)力(li)為復(fu)雜(za)透鏡(jing)結(jie)構的加工(gong)提供(gong)了(le)更多的制造靈活性。近年(nian)來，針(zhen)對亞(ya)太(tai)赫茲無(wu)源(yuan)器件的3D打印(yin)技(ji)術(shu)已(yi)經得到(dao)了實現，其加工(gong)精(jing)度可(ke)達5−20 μm，但對於(yu)太(tai)赫茲頻(pin)段多(duo)波(bo)束(shu)天(tian)線的加工(gong)制造尚無(wu)報(bao)道。

近期(qi)，來(lai)自北京理(li)工(gong)大(da)學(xue)毫米波(bo)與(yu)太(tai)赫茲技(ji)術(shu)北京市重(zhong)點(dian)實(shi)驗室的劉埇(埇)和(he)盧(lu)宏(hong)達研(yan)究小(xiao)組(zu)提出了壹(yi)種(zhong)太(tai)赫茲全(quan)金(jin)屬(shu)梯(ti)度折射(she)率(lv)透鏡(jing)多(duo)波(bo)束(shu)天(tian)線。天線由壹(yi)個(ge)基(ji)於周(zhou)期(qi)性金(jin)屬(shu)柱(zhu)的(de)表面波(bo)Luneburg透鏡(jing)和(he)壹(yi)個(ge)由9個(ge)WR-2.2波(bo)導(dao)構成的饋電陣列(lie)組(zu)成。透鏡(jing)和(he)饋電結(jie)構采用(yong)相同(tong)的(de)高精(jing)度3D打印(yin)技(ji)術(shu)加工(gong)，並(bing)利用(yong)磁控(kong)濺射(she)金(jin)塗(tu)層進行表面金(jin)屬(shu)化(hua)處理(li)。天(tian)線的測(ce)量結果(guo)顯(xian)示(shi)其所有(you)端(duan)口的反(fan)射(she)系(xi)數(shu)都在(zai)−12.5 dB以(yi)下(xia)，並且(qie)多個(ge)獨立(li)波(bo)束(shu)可(ke)以(yi)連(lian)續覆蓋(gai)±60°的(de)掃描(miao)範圍，與(yu)仿(fang)真(zhen)結(jie)果(guo)吻(wen)合良(liang)好(hao)。測(ce)量的增(zeng)益(yi)均(jun)在16 dBi以(yi)上，掃描(miao)損(sun)耗在1.2 dB以(yi)下(xia)。這項(xiang)工(gong)作(zuo)為太(tai)赫茲頻(pin)率(lv)下(xia)金(jin)屬(shu)多(duo)波(bo)束(shu)透鏡(jing)天(tian)線的制造和實(shi)現提供(gong)了(le)壹(yi)種(zhong)新方法。

圖1天線結構：（a）3D打印(yin)，（b）鍍(du)金(jin)後(hou)。

圖1中(zhong)的(de)天(tian)線實物(wu)通(tong)過(guo)面投影微立(li)體(ti)光(guang)刻(ke)（PμSL）3D打印(yin)技(ji)術(shu)制造。透鏡(jing)結(jie)構和饋電波(bo)導(dao)使(shi)用(yong)高精(jing)度3D打印(yin)機(ji)（nanoArch S140，摩(mo)方精(jing)密）打印(yin)得到(dao)，所用(yong)材料為HTL樹脂，結構如圖(tu)1（a）所示(shi)，透鏡(jing)天(tian)線的總(zong)尺(chi)寸(cun)為14 mm×14 mm×1.6 mm。圖(tu)中(zhong)標註(zhu)的(de)尺(chi)寸(cun)測(ce)量結果(guo)表明了(le)3D打印(yin)透鏡(jing)天(tian)線具有(you)較(jiao)高的加工(gong)精(jing)度，誤差(cha)控(kong)制在(zai)±5μm以(yi)內。利用(yong)磁(ci)控濺射(she)表面鍍(du)金(jin)工(gong)藝(yi)，在(zai)3D打印(yin)的(de)透鏡(jing)結(jie)構上塗(tu)覆(fu)了(le)壹(yi)層500 nm厚(hou)的(de)金(jin)塗(tu)層，實現了多波(bo)束(shu)天(tian)線的金(jin)屬(shu)結(jie)構，如圖(tu)1（b）所示(shi)。圖2（a）展(zhan)示(shi)了(le)最(zui)終(zhong)亞太(tai)赫茲全(quan)金(jin)屬(shu)梯(ti)度折射(she)率(lv)透鏡(jing)多(duo)波(bo)束(shu)天(tian)線以(yi)及(ji)測(ce)試(shi)工(gong)裝實物(wu)圖(tu)。圖(tu)2（b）-（c）和圖3分別(bie)給出了太(tai)赫茲全(quan)金(jin)屬(shu)梯(ti)度折射(she)率(lv)透鏡(jing)多(duo)波(bo)束(shu)天(tian)線的s參(can)數(shu)和(he)輻射(she)方向(xiang)圖測(ce)試(shi)結果(guo)。仿(fang)真(zhen)和(he)測(ce)量結果(guo)之(zhi)間(jian)的良好(hao)壹(yi)致(zhi)性驗證了所提出的亞(ya)太赫茲全(quan)金(jin)屬(shu)多(duo)波(bo)束(shu)天(tian)線的可(ke)行(xing)性和高精(jing)度3D打印(yin)技(ji)術(shu)的能(neng)力(li)。

圖片(pian)

圖2 （a）天(tian)線夾具(ju)及(ji)AUT與UG-387法蘭連(lian)接件(jian)；（b）仿(fang)真(zhen)的(de)端(duan)口隔離度；（c）測(ce)量和仿(fang)真(zhen)的(de)端(duan)口1、2、3、4和5的反(fan)射(she)系(xi)數(shu)。

圖(tu)片

圖(tu)片(pian)

圖3 （a）AUT和測(ce)試(shi)裝置的(de)照片；（b）355 GHz測(ce)量和仿(fang)真(zhen)的(de)H面(mian)輻射(she)方向(xiang)圖；

（c）352 GHz與(yu)358 GHz處測(ce)量的H面(mian)輻射(she)方向(xiang)圖；（d）測(ce)量和仿(fang)真(zhen)的(de)E面(mian)輻射(she)方向(xiang)圖。