太赫茲波介于微波與紅外之間,具有許多微波和紅外波所不具有的性質(zhì),如瞬態(tài)性、安全性、穿透性寬帶性等特性。因此太赫茲波廣泛運(yùn)用于太赫茲成像、太赫茲時(shí)域光譜、太赫茲通信等領(lǐng)域。目前太赫茲發(fā)生器和探測(cè)器的研究得到快速的發(fā)展,但性能良好的太赫茲器件的匱乏,阻礙了太赫茲的研究和實(shí)際應(yīng)用深入。太赫茲濾波器作為重要的太赫茲器件之一,具有諸如極化獨(dú)立、可調(diào)等特點(diǎn)的太赫茲濾波器成為了太赫茲器件研究的熱點(diǎn)之一。超材料是一種人工媒介,對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、材料等進(jìn)行設(shè)計(jì)可獲得濾波性能優(yōu)良的太赫茲濾波器,受到太赫茲領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。本文正是面向太赫茲系統(tǒng)所急需的性能優(yōu)良的濾波器,開展基于超材料的帶阻濾波器的設(shè)計(jì)研究,通過優(yōu)化濾波器的材料、結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù),設(shè)計(jì)出了三種性能優(yōu)良的太赫茲帶阻濾波器。論文完成的主要研究工作如下:(1)設(shè)計(jì)了一類閉合環(huán)—十字形組合結(jié)構(gòu)單元濾波器。為了獲得寬帶寬,采用通過閉合環(huán)形與十字形結(jié)構(gòu)相組合的濾波器結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)線寬、基底大小、層數(shù)等因素最終設(shè)計(jì)出一款具有較好濾波性能的三層閉合環(huán)—十字形結(jié)構(gòu)單元濾波器,其上升沿下降沿斜率分別可高達(dá)1313 dB/THz和942 dB/THz,阻帶帶寬1.09 THz,帶內(nèi)平均透過率低于5%(調(diào)制深度達(dá)到-25 dB以下),該濾波器中心頻率在0.72～1.28THz范圍內(nèi)可調(diào),且該濾波器是極化獨(dú)立的。與當(dāng)前普遍帶寬小于0.5 THz調(diào)制深度在-23 dB太赫茲濾波器相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。(2)設(shè)計(jì)了一類線切割型濾波器。在閉合環(huán)基礎(chǔ)上進(jìn)行切割得到了新型線切割結(jié)構(gòu)。具有三層、四層結(jié)構(gòu)的濾波器濾波性能良好。三層結(jié)構(gòu)濾波器工作在0.1～4 THz阻帶帶寬可達(dá)1.3THz,上升下降沿斜率可達(dá)350dB/THz和592dB/THz;四層結(jié)構(gòu)工作在0.1～4.3THz,阻帶為1.04THz,上升下降沿斜率分別達(dá)到237 dB/THz和207 dB/THz,阻帶內(nèi)平均透射率低于2%。通過改變?yōu)V波器的襯底材料實(shí)現(xiàn)了濾波器大范圍的可調(diào),三層結(jié)構(gòu)濾波器中心頻率在1.8～3THz范圍內(nèi)可調(diào)。與第一種結(jié)構(gòu)相比,這種濾波器具有更寬的帶寬,在阻帶內(nèi)抑制效果與可調(diào)性更優(yōu)。(3)設(shè)計(jì)了—類線切割—十字形結(jié)構(gòu)單元濾波器。將線切割結(jié)構(gòu)與十字形結(jié)構(gòu)相組合設(shè)計(jì)了一類新的具有雙頻帶特性濾波器。三層、四層、五層結(jié)構(gòu)濾波器濾波性能良好。通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中十字線寬寬度可實(shí)現(xiàn)阻帶的精確可調(diào)通過改變襯底材料可實(shí)現(xiàn)阻帶在寬范圍內(nèi)可調(diào)。以五層結(jié)構(gòu)為例,其低頻阻帶寬度為0.635 THz,下降沿和上升沿斜率分別可達(dá)228.6dB/THz和170.1dB/THz;高頻部分阻帶為1.1 THz,帶內(nèi)透過率小于1%,下降沿和上升沿斜率分別可達(dá)307.1 dB/THz和212.5 dB/THz。改變襯底材料,低頻和高頻部分阻帶可調(diào)范圍分別可寬達(dá)1.04 THz和2.43 THz。與單頻帶濾波器相比多頻帶使得濾波的選擇性更多樣,與當(dāng)前一些帶內(nèi)最大調(diào)制深度小于-40 dB,阻帶帶寬小于0.2 THz的,邊沿斜率均小于200 dB/THz雙頻帶濾波器相比更具有優(yōu)越。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN713
【部分圖文】：

世紀(jì)８０年代中后期才被正式命名，在此之前科學(xué)家將其統(tǒng)稱為遠(yuǎn)紅外射線。太赫??茲波是指頻率在〇．ｌ￣ｌ〇ＴＨｚ范圍的電磁波，波長大概在０．０３￣３ｍｍ范圍，介于微??波與紅外之間，如圖１－１所示。太赫茲波在低頻段與微波有部分重疊，在高頻段與??紅外線有部分重疊，該范圍是正好處于電子學(xué)與光子學(xué)的交叉區(qū)域，這使得太赫茲??波有一些獨(dú)特的性能。目前，對(duì)這一波段還尚未完全開發(fā)。??１??

１９９６年，英國科學(xué)家Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ所領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)小組提出通過金屬線陣列（Ｗｉｒｅ??Ａｒｒａｙ）實(shí)現(xiàn)了微波頻段的負(fù)介電響應(yīng)［２３】。而后經(jīng)過三年的繼續(xù)深入研究，其所在科??研小組在１９９９年提出采用開口諧振單元（Ｓｐｌｉｔ?Ｒｉｎｇ?Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，?ＳＲＲ），如圖１－２所??示，實(shí)現(xiàn)了在微波頻段負(fù)磁導(dǎo)率的電磁響應(yīng)｜２４］。Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ所領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)小組從理??論上證明了負(fù)折射材料的可行性，這激發(fā)了科研人員的興趣。??在２００１年，美國物理學(xué)家Ｄａｖｉｄ?Ｓｍｉｔｈ等人提出并制作出在微波波段同時(shí)具??有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)該結(jié)構(gòu)在０．１５?ＧＨｚ出呈現(xiàn)出負(fù)??折射率特性首次在實(shí)驗(yàn)上證明了負(fù)折射材料的存在，標(biāo)志著人們?cè)诔牧项I(lǐng)??域取得突破性進(jìn)展。這極大的鼓舞了科研人員的信心。??＠??圖１－２?ＳＲＲ單元結(jié)構(gòu)圖。??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＳＲＲ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ．??自Ｖｅｓｅ丨ａｇｏ的理論被Ｄａｖｉｄ?Ｓｍｉｔｈ在實(shí)驗(yàn)上證明以后，超材料的研宄吸引了??世界各國科研人員的廣泛關(guān)注，《科學(xué)》雜志將其列入本世紀(jì)前１０年的１０項(xiàng)重要??科學(xué)進(jìn)展之一［２６］。由于基于超材料的太赫茲器件在隱身、探測(cè)、成像、通信等方面??有巨大的應(yīng)用潛力

論文的ＭｕｈａｍｍａｄＴａｙｙａｂＮｏｕｍａｎ等人提出了一是基于一種超材料，該超材料組成是將屬－半口環(huán)開口中，而開口環(huán)結(jié)構(gòu)是以ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧ的變?nèi)荻䴓O管偏置電壓大小可改變超材料的性。當(dāng)偏置電壓從０Ｖ變?yōu)椋常謺r(shí)，諧振頻率且在０．５８?ＴＨｚ處的插入損耗為４．３?ｄＢ，調(diào)制的提高太赫茲器件性能的方法。??ｒ?Ｄｍｉｔｒｉｅｖ和Ｃｌｅｒｉｓｓｏｎ?Ｎａｓｃｉｍｅｎｔｏ等人提出率和極化可控的太赫茲濾波器｜３４］，如圖１－４在金屬的襯底上組成的。通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)石在兩個(gè)不同的頻率區(qū)域，并且通過改變石墨動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)濾波器工作的中心頻率。??Ｉ＇?＂?＾?Ｇｒａｐｈｅｎｅ??
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本文編號(hào)：2861094