太赫茲波因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),在各研究領(lǐng)域備受關(guān)注,而太赫茲波段類光學(xué)器件作為太赫茲科學(xué)技術(shù)發(fā)展的核心器件,具有突出的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文主要利用三維電磁場(chǎng)仿真軟件CST(Computer Simulation Technology)對(duì)太赫茲波段類光學(xué)器件的光學(xué)特性進(jìn)行了仿真,并利用3D打印技術(shù)制備了凹透鏡、螺旋相位球(SPS,Spiral Phase Sphere)等太赫茲波段類光學(xué)器件的模型,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。證明了3D打印技術(shù)在制作太赫茲波段類光學(xué)器件方面有很好的應(yīng)用前景。本文具體的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面。(1)首先對(duì)三維電磁場(chǎng)仿真軟件CST進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹,并通過(guò)MATLAB控制CST的方法仿真復(fù)雜目標(biāo)的太赫茲雷達(dá)散射截面(RCS,Radar Cross Section)來(lái)驗(yàn)證采用該方法進(jìn)行三維電磁場(chǎng)仿真的有效性、正確性、高效性和便利性。并對(duì)3D打印技術(shù)的基本原理進(jìn)行了說(shuō)明,為3D打印技術(shù)制備太赫茲波段類的光學(xué)器件提供了可能。(2)利用3D打印技術(shù)制備了雙凹透鏡,將其用于擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,通過(guò)CST仿真了0.1 THz連續(xù)波的擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的光學(xué)特性,并對(duì)此套光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀測(cè),對(duì)比仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)束準(zhǔn)直效果。(3)從用于產(chǎn)生渦旋波束的螺旋相位球的設(shè)計(jì)原理出發(fā),利用MATLAB-CST聯(lián)合仿真的方法設(shè)計(jì)了攜帶有不同拓?fù)浜芍档奶掌澆ǘ晤惖穆菪辔磺虿⑦M(jìn)行三維電磁場(chǎng)仿真,驗(yàn)證了該光學(xué)器件可以用來(lái)產(chǎn)生太赫茲渦旋波束。并利用3D打印技術(shù)制備了帶有不同拓?fù)浜芍档穆菪辔磺?對(duì)拓?fù)浜芍禐?的螺旋相位球進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。(4)對(duì)已優(yōu)化的0.65 THz工作的硅基帶棒扇形貼片天線進(jìn)行了特性仿真分析,介紹了太赫茲波段類的透鏡理論知識(shí),以3D打印材料VeroWhite材料為介質(zhì)透鏡的材料來(lái)設(shè)計(jì)優(yōu)化擴(kuò)展半球透鏡,對(duì)0.65 THz帶棒扇形透鏡貼片集成天線進(jìn)行仿真特性分析,通過(guò)仿真優(yōu)化擴(kuò)展半球透鏡的半徑和擴(kuò)展長(zhǎng)度,使天線具有更佳的輻射特性。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O441.4;TN256
【部分圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1 緒論赫茲波簡(jiǎn)介赫茲波茲波( THz , Terahertz) 是指頻率介于 0.1-10 THz 之間，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為射[1]。在電磁波譜中，太赫茲波處于電子學(xué)與光子學(xué)的過(guò)渡區(qū)域，在赫茲波也被稱為毫米波或亞毫米波；而在光子學(xué)領(lǐng)域中，太赫茲波線[2]。圖 1-1 所示為太赫茲波所在的電磁波譜中的位置。

使得軟件在處理薄片和細(xì)線等問(wèn)題時(shí)具有內(nèi)存需求低、速度快和精點(diǎn)，后續(xù)的版本又對(duì) TST 技術(shù)做了新的改進(jìn)，使得 CST MWS 不需特殊處理確地解決類似共形天線等特殊問(wèn)題。2004 年，引入了多級(jí)子網(wǎng)技術(shù) (ltilevel Subgridding Scheme), 大大地減少了網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)，使網(wǎng)格定義更加經(jīng)濟(jì)有了仿真速度，對(duì)復(fù)雜的模型器件尤為有效。隨著版本的更新，軟件在保持其點(diǎn)的情況下，重新優(yōu)化整理了子網(wǎng)格，使得該項(xiàng)專利技術(shù)更靈活成熟，后續(xù)根據(jù)模型結(jié)構(gòu)的變化自動(dòng)優(yōu)化子網(wǎng)格的多層子網(wǎng)格自動(dòng)嵌套技術(shù)極大地降低求和提高了仿真計(jì)算速度。在原有很強(qiáng)的網(wǎng)格技術(shù)上，加入了共形子網(wǎng)格使得S 具有了局域網(wǎng)格劃分的能力，大大地提高了仿真速度和精度，最多可高達(dá)十添加了分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、元件材料庫(kù)等很多的新特性，使得 CST MWS 的功完善。CST MWS 時(shí)域求解器主要使用六面體網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算求解，在維持仿真的優(yōu)勢(shì)下還能保證計(jì)算求解的速度很快，并且 CST MWS 還能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)網(wǎng)極大地提高了仿真速度。

中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論解空間中，以六面體網(wǎng)格為例來(lái)討論 FIT 算法。將整個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)由相互正交和相互嵌套的基網(wǎng)格 (Primary/Dual Grid)兩套網(wǎng)格組成。而在 CST MWS 的網(wǎng)格視圖克斯韋積分方程則是由這兩套網(wǎng)格離散完成的。為了求，保證分布于空間中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互保持空間垂磁場(chǎng)是由四個(gè)與之垂直的電場(chǎng)分布于其周邊，同理也圖 1-3 所示，在基網(wǎng)格 G 的面上定義了磁通 ，在其分量 的各個(gè)電場(chǎng)分量為 、 、 、 ；相應(yīng)地， ，在其棱邊上定義了磁壓 , 圍繞在電場(chǎng)分量 的。bnbneiejekelmd hmdl
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2838420