電磁波的調(diào)控一直都是人們不可忽視的研究方向,而實現(xiàn)對電磁波的完美吸收并加以利用是電磁科學技術(shù)中的亟待解決的重要問題之一。電磁吸波器在許多應(yīng)用中都起到至關(guān)重要的作用,例如太陽熱能收集,熱-光伏能量轉(zhuǎn)換,熱成像和發(fā)射率控制等。同時許多研究工作表明,基于超材料開發(fā)的電磁器件在微波、太赫茲、紅外和光學頻率范圍內(nèi)都有相當大的應(yīng)用價值。伴隨著微納米加工技術(shù)的進步與發(fā)展,在太赫茲波段頻率范圍內(nèi),人們基于“超材料”概念設(shè)計的電磁器件對太赫茲波在調(diào)控方面的相關(guān)研究找到了關(guān)鍵性的突破口。通常,由于金屬材料表面存在大量的自由電子,而成為設(shè)計超材料器件的首選材料。但因為金屬自身的局限性,導致最后得到的器件往往普遍會存在工作帶寬窄、加工復雜、精度要求高、器件一經(jīng)加工成型對電磁波的響應(yīng)不可調(diào)控等問題。針對現(xiàn)在存在的問題,我們利用重摻雜半導體進行研究設(shè)計了在太赫茲頻段的可調(diào)控以及寬帶吸波器。本論文主要研究內(nèi)容與進展如下:（1）利用介質(zhì)-摻雜半導體的簡單結(jié)構(gòu),基于阻抗變換的方法,通過摻雜來調(diào)整摻雜半導體的介電常數(shù),實現(xiàn)了對太赫茲波的完美吸收。在此研究基礎(chǔ)上,我們分別設(shè)計了一種寬帶吸波器與一種可調(diào)控吸波器。通過在基本吸... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

電磁波全波段示意圖

電子科技大學碩士學位論文2而要實現(xiàn)對太赫茲波的廣泛應(yīng)用，太赫茲波的高效產(chǎn)生方法以及太赫茲波的相關(guān)功能器件（如濾波器、吸波器、調(diào)制器等）的研制是至關(guān)重要對的環(huán)節(jié)，而由于絕大多數(shù)的自然材料對太赫茲的電磁響應(yīng)十分微弱，使得人們對太赫茲波的傳輸和使用受到了很大的限制，而隨著超材料的出現(xiàn)讓人們在太赫茲領(lǐng)域的研究有了新的發(fā)展與突破。1.2太赫茲吸波器的研究現(xiàn)狀1.2.1吸波器的研究現(xiàn)狀對吸波器的研究，最早可以追溯到1952年，由麻省理工學院的Salisbury教授發(fā)明的Salisbury吸波屏[3]，被認為是最早的吸波器結(jié)構(gòu)。Salisbury吸波屏制作與應(yīng)用是第一個用于減少無線電波從表面反射的方法，也是雷達吸收的首批概念之一，今天被人們稱為隱形技術(shù)，這種技術(shù)尤其用于防止雷達對飛機的探測。如圖1-2所示，其顯示了Salisbury吸波屏基本的結(jié)構(gòu)組成。圖1-2Salisbury吸波屏典型機構(gòu)Salisbury吸波屏的工作原理與光學抗反射涂層相同，光學抗反射涂層通常用于覆蓋光學元件（如相機鏡頭）的表面，以增強光的透射率并防止光從表面反射。Salisbury吸波屏的最簡單設(shè)計包括三層：金屬背板，精確厚度的電介質(zhì)層（通常是吸收雷達波波長的四分之一）和薄而有光澤的阻抗層用于自由空間阻抗匹配。當雷達波入射頂部阻抗層時，它分成兩波；一個波從有光澤的表面屏幕反射，另一個波穿過電介質(zhì)層，從金屬表面反射，然后從電介質(zhì)中傳回空氣。第二波傳播的四分之一波長的額外距離導致其與第一波的相位差為。當?shù)诙ǖ竭_表面

第一章緒論3時，它與第一波合并，并且由于相消干涉而彼此抵消。因此，沒有雷達波反射回接收器。在Salisbury吸波屏中，電介質(zhì)層的厚度是吸收波長的四分之一（4）。由于第二傳播波的距離是電介質(zhì)厚度的兩倍，因此傳播的額外距離是半個波長（2），導致第二傳播波是第一傳播波反向波長的一半（）。當兩個波合并時，一個波的最大值與另一個波的最小值一致，使得總和為零。雷達波長范圍在10cm至1mm之間，因此，Salisbury吸波屏的四分之一波長厚度最大為2.5cm。Salisbury吸波屏的缺點之一是它僅在由介電膜厚度（4）確定的單個雷達頻率下才能很好地工作。但由于Salisbury吸波屏存在吸收帶相對較窄的缺點，設(shè)計出的Janmann吸波屏[4]可以實現(xiàn)對整個頻帶的覆蓋。如圖1-3所示，Janmann屏是Salisbury屏的多屏形式，其通過在金屬層增加對應(yīng)吸收波長的單元結(jié)構(gòu)層，而每一層之間的厚度都被認為是對應(yīng)頻率的四分之一波長的距離，進而實現(xiàn)吸收頻段的疊加，使得到的Janmann屏吸波結(jié)構(gòu)的整體吸波帶寬相對更寬，但是這種形式的吸波結(jié)構(gòu)也伴隨著體積大，質(zhì)量重的缺點，在實際應(yīng)用上造成很大的困難。圖1-3Janmann吸波屏典型機構(gòu)而隨后的近十多年對超材料研究熱潮的興起后，人們把超材料的應(yīng)用延伸到了電磁吸收上。超材料(Metamaterial)[5]-[6]，特指那些具有特異電磁特性的人工復合電磁材料。與一般的材料不同，其表現(xiàn)出來的電磁特性主要取決于材料中呈周期性或非周期性分布的人工結(jié)構(gòu)單元，與各組成材料的本征特性無關(guān)。正是基于這樣的材料特性，人們通過人為設(shè)計材料的單元結(jié)構(gòu)及分布方式，讓其對電磁波產(chǎn)生與常規(guī)材料完全不同的特殊響應(yīng)，產(chǎn)生一系列的超常物理現(xiàn)象，進而對電磁波實現(xiàn)一些特殊的調(diào)控。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]三維超材料制造技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢[J]. 田小永,尹麗仙,李滌塵.  光電工程. 2017(01)

博士論文
[1]超材料電磁共振及調(diào)控機理研究[D]. 閔力.華中科技大學 2016



本文編號：3002496