导言
太赫兹频率的双频天线可用于通信和雷达应用，但通常难以用传统技术制造。这里使用XFdtd 电磁仿真软件对 [1] 中讨论的设计进行了评估，该设计使用锥形喇叭辐射 94 GHz 的低频段，并使用锥形介质带传输 340 GHz 的高频段。在该天线仿真中，E 平面和 H 平面的波束宽度相等，两个频率的增益均为 18 dBi 左右。
设备设计与仿真
天线的馈电端由两个正交对齐的矩形波导端口组成，低频端口位于结构的一侧，高频端口与喇叭的中轴线一致。一条锥形石英介质带贯穿整个装置，在 340 千兆赫时部分填充波导馈电。较高频率的场由石英条引导，而较低频率的 94 GHz 端口则进入矩形到圆形波导过渡区，然后进入锥形喇叭。图 1 显示了该装置的三维图，锥形石英条带显示为红色，94 GHz 端口在喇叭的 +X 侧可见。从顶部（+Y）方向和正面（+Z）方向观察喇叭的视图如图 2 和图 3 所示，可以看到锥形石英条在 X 方向部分填充了波导。
图 1：天线的三维 CAD 视图显示了右侧的两个输入端口和喇叭结构中心的锥形石英条。
图 2：天线俯视图显示了两个输入端口的方向以及过渡区和喇叭的整体形状。
图 3：从喇叭口向下看，锥形介质条部分填充了高频波导的中心。
这两个端口由宽带模态波导源激励，以生成 S 参数结果。图 4 显示了低频段端口的回波损耗，在 94 千兆赫时低于-15 分贝。图 5 显示了上波段端口的回波损耗，在 340 GHz 时接近 -20 dB。端口之间的耦合极低，一般低于 -70 dB。
图 4：94 千兆赫端口的回波损耗显示出良好的匹配性，数值低于 -15 dB。
图 5：在 340 GHz 时，高频段端口的回波损耗接近 -20 dB。
图 6 显示了 94 GHz 场的传播与时间的函数关系，可以看到从矩形波导到圆形波导的过渡，然后是喇叭的辐射。图 7 中的稳态场分布显示了整个喇叭的平滑场过渡。图 8 显示了通过正交连接的第二个端口进行高频激励时，介质条如何将时变波引导出天线。如图 9 所示，340 千兆赫时的稳态场分布显示了电介质条周围的场紧密包含。
图 6：来自 94 千兆赫端口的时域电场显示了通过过渡区域并从天线喇叭传播出去的情况。
图 7：94 千兆赫的稳态电场显示了整个喇叭横截面的场分布。
图 8：在 340 GHz 时，时域电场与喇叭中心的锥形电介质带结合得更紧密。
图 9：340 千兆赫时的稳态电场分布突出显示了介质中较强的电场。
图 10 和图 11 显示了这两个波段的辐射模式，两个频率的波束模式和增益相似，侧叶很低。图 12 显示了 94 GHz 辐射的 E 平面和 H 平面增益图，交叉偏振水平非常低，而主波束是对称的。如图 13 所示，在 340 GHz 时，E 平面和 H 平面的图案具有较高的交叉偏振，但主波束仍然接近对称，侧叶较低。由于这种天线设计几乎没有损耗，因此两个频率的辐射效率和系统效率都超过了 95%。
图 10：94 千兆赫的喇叭增益模式为对称波束，峰值增益为 18 dBi，侧叶较小。
图 11：在 340 GHz 频率下，增益模式为近乎对称的波束，峰值增益略高，接近 19 dBi。 边音比峰值降低了近 40 dB。
图 12：94 千兆赫频率下两个主平面的增益显示出很强的对称波束和很低的交叉极化场。
图 13：在 340 千兆赫频率下，主平面的增益是对称的，侧叶较小。 交叉偏振场在一个平面上较高，但仍下降了 15 分贝以上。
结论
模拟结果表明，低频段由喇叭结构辐射，而高频段则由锥形介质条承载。双频号角设计在两个频率上都表现出了良好的性能，具有高增益、对称波束和低侧扰等特点。该天线在两个相关频率上都具有高效率和良好的回波损耗特性。
参考资料
[1] X. Wang、C. Deng、W. Hu、Y. Liu 和 X. Lv，"面向双频操作的94/340GHz喇叭天线介质加载设计"，2017 IEEE天线与传播国际研讨会暨USNC/URSI国家无线电科学会议，美国加利福尼亚州圣地亚哥，2017年，第561-562页，doi：10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8072323。
