發(fā)布時間：2017-08-14 15:32

  本文關(guān)鍵詞：基于電磁超材料的太赫茲功能器件研究

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【摘要】：近20年來,太赫茲技術(shù)得到飛速的發(fā)展,由原來的所謂“太赫茲空白”已經(jīng)發(fā)展為現(xiàn)在的研究熱點。太赫茲高速無線通信、探測成像、醫(yī)療診斷等應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)也進行到十分關(guān)鍵的階段并逐步向產(chǎn)業(yè)化方向過渡。相應(yīng)地,這些應(yīng)用系統(tǒng)所需要的關(guān)鍵核心器件研究就變得極為重要了。眾所周知,由于太赫茲波獨特的頻段范圍,該波段的材料和器件都嚴(yán)重缺乏,這使得太赫茲系統(tǒng)的構(gòu)建變得困難。在本研究中,我們著重探索了利用人工電磁超材料構(gòu)建太赫茲功能器件的嘗試,以展示利用這種新型材料研制實用性太赫茲功能器件的方法和過程。超材料作為一種新的材料設(shè)計理念,有著與傳統(tǒng)材料不同的性質(zhì),通過合理控制其介電常數(shù)與磁導(dǎo)率特性可以構(gòu)建多種新穎器件,使之可以應(yīng)用在太赫茲安全監(jiān)測、無線通信、探測成像和光譜分析等多個領(lǐng)域。首先,本文利用超材料設(shè)計了太赫茲吸收器,先用LC共振模型解釋吸收器的工作機理,采用仿真軟件CST Microwave Studio 2011設(shè)計了一款基于SRR結(jié)構(gòu)的集中型吸收器,頻點處吸收率達到了90%,為增加帶寬,將結(jié)構(gòu)增加為雙層,吸收帶寬達到100GHz。另外,為了實現(xiàn)吸收器的可調(diào)性,引入“金屬—絕緣體”相變材料二氧化釩,利用其電導(dǎo)率隨溫度變化而變化的特性來改變吸收器的阻抗匹配特性。在室溫下與大于68℃的環(huán)境下,使原單層吸收器的可調(diào)幅度達到了60%。將二氧化釩用于雙層吸收器則使吸收頻帶大幅變寬,達到了190GHz。其次,本文設(shè)計并制備了基于頻率選擇表面的太赫茲帶通濾波器,用CST Microwave Studio 2011軟件設(shè)計了交叉型與平行型兩種類型的頻率選擇表面,通過MEMS加工工藝與射頻磁控濺射工藝制備成品,并用太赫茲時域光譜(THz-TDS)系統(tǒng)加以測試,所得結(jié)果證明透射率均超過了85%,3dB帶寬均達到了48%以上。本文研究設(shè)計的兩種器件均是太赫茲應(yīng)用系統(tǒng)的核心器件,一方面為構(gòu)建太赫茲應(yīng)用系統(tǒng)提供了器件基礎(chǔ),另一方面展示了人工電磁超材料在太赫茲功能器件研制上的巨大潛力。
【關(guān)鍵詞】：太赫茲 電磁超材料 吸收器 頻率選擇表面 二氧化釩
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN713.5;TB34
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 太赫茲波簡介10-11
• 1.2 太赫茲電磁波特性與應(yīng)用11-12
• 1.3 電磁超材料12-13
• 1.4 電磁超材料太赫茲調(diào)制器13-14
• 1.5 太赫茲吸收器件14-15
• 1.6“無磁性”結(jié)構(gòu)制造的磁性THZ電磁超材料15-16
• 1.7 論文研究內(nèi)容16-17
• 第二章 太赫茲功能器件設(shè)計、制備與測試相關(guān)17-22
• 2.1 器件設(shè)計軟件介紹17
• 2.2 器件制備工藝簡介17-19
• 2.2.1 二氧化釩薄膜的制備17-18
• 2.2.2 器件微細(xì)加工工藝說明18-19
• 2.3 太赫茲時域光譜測試原理19-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第三章 太赫茲吸收器設(shè)計與仿真22-42
• 3.1 太赫茲吸收器的基本原理與理論模型22-23
• 3.2 太赫茲吸收器的設(shè)計與仿真23-40
• 3.2.1 集中型吸收器24-32
• 3.2.1.1 簡單吸收器示例24-26
• 3.2.1.2 不可調(diào)集中型吸收器26-29
• 3.2.1.3 可調(diào)的集中型吸收器29-32
• 3.2.2 雙層展寬吸收器32-35
• 3.2.2.1 不可調(diào)的雙層展寬吸收器33-35
• 3.2.2.2 可調(diào)雙層展寬吸收器35
• 3.2.3 金屬孔吸收器35-37
• 3.2.4 雙頻吸收器37-40
• 3.3 本章小結(jié)40-42
• 第四章 太赫茲頻率選擇表面的設(shè)計與制作42-53
• 4.1 頻率選擇表面42-43
• 4.2 交叉型雙波段頻率選擇表面研究43-47
• 4.3 平行型雙波段頻率選擇表面研究47-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 結(jié)論與展望53-54
• 致謝54-55
• 參考文獻55-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果62-63

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