石墨烯基頻率選擇表面（GFSS）在智能電子、隱身材料、光電器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本研究系統(tǒng)地從理論上研究了GFSS吸波體和極化器的電磁響應(yīng)機(jī)制及其電磁特性數(shù)理模型,結(jié)合全波電磁仿真法、理論解析法和等效電路法,構(gòu)建了GFSS吸波體和極化器的研究理論框架和分析方法。應(yīng)用建立的數(shù)理模型,分別針對微波段與太赫茲波段,設(shè)計(jì)了GFSS表面電導(dǎo)率型吸波體、GFSS介質(zhì)型吸波體和GFSS表面電導(dǎo)率型極化器。本研究主要研究結(jié)果如下:首先,從理論上建立GFSS表面電導(dǎo)率和等效介質(zhì)電磁參數(shù)數(shù)理模型。根據(jù)數(shù)理模型討論了GFSS的靜電場和靜磁場偏置效應(yīng),研究發(fā)現(xiàn)GFSS可以動態(tài)控制電磁波響應(yīng),為實(shí)現(xiàn)電磁波智能控制設(shè)備提供了潛在的可能。對GFSS進(jìn)行靜電電場偏置可以改變石墨烯化學(xué)式cμ,從而改變GFSS的阻抗特性實(shí)現(xiàn)對電磁波的頻率或幅度的可調(diào)諧。對GFSS靜磁場偏置可以改變石墨烯的主對角線和次對角線電導(dǎo)率分量實(shí)現(xiàn)對電磁波的極化可調(diào)諧性能。其次,根據(jù)GFSS數(shù)理模型探究了GFSS的電磁吸收和電磁極化調(diào)控特性。應(yīng)用GFSS表面電導(dǎo)率模型,設(shè)計(jì)并研究了一種寬帶GFSS表面電導(dǎo)率型吸波體,通過傳輸矩陣法（TMM）... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

最早的關(guān)于頻率選擇表面的專利1919年，MarconiG和FranklinCS制造了一個由線段而不是無限長桿構(gòu)成的拋

3華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文別是在過去的40年里，他們受到了密切的關(guān)注。衛(wèi)星Voyager77利用FSS來實(shí)現(xiàn)雙頻段反射器[25]，衛(wèi)星上的拋物面天線可以在兩個頻段工作，可以從兩個空間分離的信號源饋送。就1996年衛(wèi)星卡西尼號而言[21]，所述原則擴(kuò)展到四個頻段。如今，F(xiàn)SS被用于天線罩[26]（地面和空中）、導(dǎo)彈、電磁屏蔽[27]、極化器、雷達(dá)吸收材料以及各種電磁應(yīng)用的設(shè)計(jì)中。FSS實(shí)質(zhì)上是周期陣列結(jié)構(gòu)，其陣列單元是薄的圖案諧振單元，通常圖案單元印制在介質(zhì)基板上。如圖1-2所示，為FSS的一般結(jié)構(gòu)和頻率響應(yīng)曲線。圖1-2FSS的周期陣列結(jié)構(gòu)和頻率響應(yīng)頻率選擇表面（FSS）能夠過濾不同特性的電磁波信號，F(xiàn)SS的性能依賴于圖案幾何參數(shù)、圖案單元的重復(fù)周期和周圍介質(zhì)基板的特性。由金屬圖案周期性排列的FSS通常可以分為電感性表面或電容性表面。電感FSS的工作方式類似于帶通濾波器，而電容FSS的工作方式類似于帶阻濾波器。根據(jù)結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)性原則，可以將FSS分為互補(bǔ)陣列。互補(bǔ)陣列定義為具有相似單元的圖案陣列和其縫隙圖案陣列，如果將這兩個陣列相互疊加在一起，將會得到一個“完整”的理想平面。根據(jù)“巴比涅原理”可知陣列的傳輸系數(shù)等于其互補(bǔ)陣列的反射系數(shù)。如圖1-3所示，為幾種典型的FSS陣列。

4華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文傳統(tǒng)FSS的圖案單元一般用導(dǎo)電物質(zhì)填充，如金、銀、銅、電阻膜等。圖案單元由石墨烯填充就構(gòu)成石墨烯基頻率選擇表面。GFSS的表面阻抗特性和頻率響應(yīng)不同于傳統(tǒng)的FSS。方塊貼片型GFSS具有電容和電感特性[28]，而傳統(tǒng)的僅顯示電容特性。根據(jù)石墨烯的表面電導(dǎo)率可以通過偏置靜電場來調(diào)節(jié)，毛軍發(fā)教授團(tuán)隊(duì)在2014年提出了具有中心頻率和帶寬可調(diào)的帶通互補(bǔ)GFSS[29]。基于GFSS的獨(dú)特可調(diào)性，最近提出并模擬了各種組件，如GFSS吸波結(jié)構(gòu)[30]，GFSS天線[31]和GFSS調(diào)制器[32,33]。此外，當(dāng)石墨烯片被垂直靜磁場偏置時(shí)，它表現(xiàn)出法拉第旋轉(zhuǎn)的自旋性[34–37]，被視為平面波的偏振在通過介質(zhì)時(shí)旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。法拉第旋轉(zhuǎn)源于無質(zhì)量載流子的回旋共振，可以通過磁偏置石墨烯的磁子激發(fā)來改善[38,39]。如圖1-4所示，為典型的GFSS陣列。圖1-3典型FSS結(jié)構(gòu)示例：(a)方塊容性表面和網(wǎng)格感性表面[40]；(b)互補(bǔ)陣列的一個簡單例子[41]。左：偶極子陣列。右：縫隙陣列

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]曲面雙層帶通頻率選擇表面天線罩設(shè)計(jì)[J]. 陳毅喬.  電訊技術(shù). 2016(04)

碩士論文
[1]石墨烯薄膜電磁屏蔽特性與頻率選擇方法研究[D]. 張恒.中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院 2016



本文編號：3402952