随着6G通信的临近太赫兹频段0.1–10 THz因其超高数据速率潜力成为研究热点。然而THz波在传播过程中存在严重路径损耗传统天线的增益和效率难以满足需求。如何设计出高增益、高效率、紧凑型的THz天线是当前研究的核心挑战。一、研究背景THz通信的“高增益”刚需THz频段被认为是6G移动通信的关键技术之一能够提供前所未有的数据传输速率。同时THz波在医疗成像、安全扫描、高分辨率传感等领域也展现出巨大潜力。但问题也很现实THz波路径损耗极大尤其在室外环境中现有材料与制造工艺难以满足THz器件的高精度要求传统微带天线增益低、效率差。因此设计高增益、高效率的THz天线成为推动THz技术落地的关键。二、研究目的用FSS提升双频THz天线性能本研究提出一种基于频率选择表面FSS的双频THz天线目标是在0.6 THz和0.7 THz两个频段同时实现增益提升辐射效率提高保持结构紧凑三、研究方法反射型FSS 等效电路建模1. 天线基础结构论文采用微带贴片天线衬底为聚酰亚胺εr 3.5尺寸为500×500×15 µm³工作于0.6 THz和0.7 THz。 图1(a)原文第4页展示了天线几何结构及馈电方式。 图1(b)原文第4页展示了无FSS时天线的S11参数CST与HFSS仿真结果吻合良好说明天线匹配良好。2. FSS单元结构设计FSS位于天线下方82 µm处由方形环 十字形金属结构构成衬底为二氧化硅εr 11.9单元尺寸50×50 µm²整体为11×17阵列。 图2(a)原文第5页FSS单元结构尺寸标注图。 图2(b)原文第5页CST时域仿真边界条件设置。3. 等效电路模型验证使用ADS建立FSS的等效电路模型LC串联谐振L5 pHC10.5 fF谐振频率公式 图3(a)原文第6页FSS等效电路图。 图3(b)原文第6页CST与ADS仿真结果高度一致验证了FSS的带阻特性。四、研究过程从天线到FSS再到一体化集成设计并仿真基础天线CST/HFSS设计FSS单元并优化其谐振频率0.7 THz将FSS集成到天线下方优化间距hf 82 µm对比分析有无FSS的性能变化五、研究重难点难点1双频段同时增益提升单频段增益增强相对容易双频段则需FSS在其中一个频段工作同时不影响另一频段性能。难点2天线与FSS间距优化间距过小或过大会影响反射相位降低增益。本研究通过参数扫描确定最佳82 µm。难点3THz频段制造精度THz波长远小于微波对光刻、对准、材料均匀性提出极高要求。六、研究结论FSS显著提升双频天线性能频率无FSS增益有FSS增益增益提升辐射效率提升0.6 THz7.14 dBi8.36 dBi1.22 dB78% → 85.59%0.7 THz5.69 dBi6.79 dBi1.10 dB80% → 87.75% 图7原文第8页3D辐射方向图对比有FSS时主瓣更集中增益明显增强。 图8原文第9页XY平面辐射特性0.6 THz为准全向0.7 THz为双向。七、未来展望实物制造与测试作者计划制造原型并实测与仿真结果对比。新材料探索如石墨烯、PDLC等可调材料实现频率可重构。更高频段扩展向1 THz以上频段推进。集成化与阵列化结合MIMO技术提升系统容量。总结本论文通过反射型FSS成功提升了双频THz天线的增益与辐射效率结构紧凑、仿真验证充分为未来6G通信、高分辨率成像、医学检测等THz应用提供了有价值的设计参考。如果你也在研究THz天线、FSS或6G前端器件这篇文章值得深入阅读。参考文献Amraoui et al.,Scientific African, 2025, e02566原文图表位置已按页码标注便于对照阅读。注更多关于CST进行FSS仿真的前沿知识小编之前有推荐可以详查置顶文章发Nature的光学硕博士最近都在补一项新技能如果您觉得文章不错欢迎点赞、关注、收藏及转发~