電磁超表面因其輕量化、易集成和強大的頻譜調(diào)控能力,逐漸成為近年來太赫茲、紅外、微波等領(lǐng)域的研究熱點。但由于其無源、窄帶特性以及電磁屬性不可變等不足,動態(tài)調(diào)控或諧振可調(diào)、超寬帶特性等,成為當(dāng)下電磁調(diào)控研究新動向。有鑒于此,本文針對太赫茲波段的電磁吸波和濾波,探索了動態(tài)的有源調(diào)控以及超寬帶濾波實現(xiàn)方法與設(shè)計思路。主要研究內(nèi)容包括:1.提出基于金屬-介質(zhì)-金屬（MIM）結(jié)構(gòu)的太赫茲吸波器設(shè)計,結(jié)合等效介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和波阻抗等參數(shù),建立等效電路模型解釋吸波機理、并預(yù)測諧振工作點,進而定量地反映結(jié)構(gòu)尺寸和諧振頻率的關(guān)系。隨后,通過引入相變介質(zhì)GST,實現(xiàn)可調(diào)諧的功能,并分析了介質(zhì)層厚度、結(jié)構(gòu)特征尺寸對諧振曲線和調(diào)頻率的影響。最終可實現(xiàn)的非晶態(tài)和晶態(tài)的最佳峰值吸收率分別是99.66%和88.59%,調(diào)頻率達到28.28%。2.探索基于多層太赫茲超表面的寬帶電磁調(diào)控。針對單層超表面的窄帶特性,通過多層耦合實現(xiàn)超寬帶頻譜調(diào)控。例如通過三個諧振工作點疊加,實現(xiàn)帶寬接近130GHz（373GHz～502GHz）并具有超平坦傳輸特性的太赫茲帶阻濾波器,上升、下降陡度分別達1930%/THz、697%/TH... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

太赫茲在波譜中的“特殊位置”[3]

第一章緒論3RingResonator,簡稱SRR)[14]。如圖1-2(a)所示，開口諧振環(huán)就是將兩個同心圓環(huán)的兩個相反的方向開口得到，在14GHz附近下產(chǎn)生磁相應(yīng)，實現(xiàn)負(fù)的磁導(dǎo)率如圖1-2(b)。在Veselago和Pendry的理論研究基礎(chǔ)上，Smith[15]等人在實驗中首次實現(xiàn)了在某一頻率點實現(xiàn)了雙負(fù)特性。他們通過設(shè)計一個亞波長結(jié)構(gòu)的開口環(huán)諧振器和金屬導(dǎo)線的周期性排列，如圖1-3(a)所示。為了同時實現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，入射電磁波的電場分量應(yīng)平行導(dǎo)線軸，磁場分量則應(yīng)該垂直于SRR平面。傳輸功率如圖1-3(b)所示，實線表示通過SRR陣列發(fā)射的功率，而虛線表示通過組合SRR和導(dǎo)線的陣列發(fā)射的功率。如圖所示，在相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，SRR陣列存在一個由負(fù)介電常數(shù)引起的帶阻區(qū)域,但是，虛線表示通帶是由于在這些頻率附近存在雙重負(fù)性行為造成。這個實驗成功后，人們才算是真正認(rèn)識了超材料。而近幾年出現(xiàn)的超表面概念，則是在此基礎(chǔ)上演化而來的二維版本，即亞波長平面周期結(jié)構(gòu)陣列[16]。圖1-2(a)雙開口的SRR結(jié)構(gòu)(b)該諧振環(huán)的等效磁導(dǎo)率，實線為磁導(dǎo)率虛部，虛線為磁導(dǎo)率實部[14]圖1-3(a)開口諧振環(huán)和金屬線(b)該諧振器的傳輸譜圖，其中實線表示SRR陣列[15]1.2超表面頻譜調(diào)控器件研究現(xiàn)狀得益于超表面的出現(xiàn)，太赫茲器件的瓶頸被打破，各種基于超表面的頻譜調(diào)控器件如雨后春筍般出現(xiàn)。其中，吸波器和濾波器在軍事、通信、成像、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中有

第一章緒論3RingResonator,簡稱SRR)[14]。如圖1-2(a)所示，開口諧振環(huán)就是將兩個同心圓環(huán)的兩個相反的方向開口得到，在14GHz附近下產(chǎn)生磁相應(yīng)，實現(xiàn)負(fù)的磁導(dǎo)率如圖1-2(b)。在Veselago和Pendry的理論研究基礎(chǔ)上，Smith[15]等人在實驗中首次實現(xiàn)了在某一頻率點實現(xiàn)了雙負(fù)特性。他們通過設(shè)計一個亞波長結(jié)構(gòu)的開口環(huán)諧振器和金屬導(dǎo)線的周期性排列，如圖1-3(a)所示。為了同時實現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，入射電磁波的電場分量應(yīng)平行導(dǎo)線軸，磁場分量則應(yīng)該垂直于SRR平面。傳輸功率如圖1-3(b)所示，實線表示通過SRR陣列發(fā)射的功率，而虛線表示通過組合SRR和導(dǎo)線的陣列發(fā)射的功率。如圖所示，在相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，SRR陣列存在一個由負(fù)介電常數(shù)引起的帶阻區(qū)域,但是，虛線表示通帶是由于在這些頻率附近存在雙重負(fù)性行為造成。這個實驗成功后，人們才算是真正認(rèn)識了超材料。而近幾年出現(xiàn)的超表面概念，則是在此基礎(chǔ)上演化而來的二維版本，即亞波長平面周期結(jié)構(gòu)陣列[16]。圖1-2(a)雙開口的SRR結(jié)構(gòu)(b)該諧振環(huán)的等效磁導(dǎo)率，實線為磁導(dǎo)率虛部，虛線為磁導(dǎo)率實部[14]圖1-3(a)開口諧振環(huán)和金屬線(b)該諧振器的傳輸譜圖，其中實線表示SRR陣列[15]1.2超表面頻譜調(diào)控器件研究現(xiàn)狀得益于超表面的出現(xiàn)，太赫茲器件的瓶頸被打破，各種基于超表面的頻譜調(diào)控器件如雨后春筍般出現(xiàn)。其中，吸波器和濾波器在軍事、通信、成像、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中有

【參考文獻】：
期刊論文
[1]太赫茲技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展研究[J]. 安國雨.  環(huán)境技術(shù). 2018(02)
[2]超表面吸收特性的研究進展[J]. 于宏巖,張強,付淑芳,袁悅,周勝.  哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報. 2017(06)
[3]太赫茲波通信技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J]. 李紀(jì)舟,蔣文濤.  通信技術(shù). 2014(04)
[4]電路品質(zhì)因數(shù)的計算[J]. 田社平,陳洪亮,張峰.  電氣電子教學(xué)學(xué)報. 2010(04)
[5]諧振電路品質(zhì)因數(shù)的計算[J]. 陸冬妹.  百色學(xué)院學(xué)報. 2009(06)
[6]隱身吸波材料的研究進展[J]. 張健,張文彥,奚正平.  稀有金屬材料與工程. 2008(S4)
[7]基于方向濾波器消除遙感圖像孤立條帶噪聲的方法[J]. 石光明,王曉甜,張犁,劉哲.  紅外與毫米波學(xué)報. 2008(03)
[8]光的全反射中倏逝波的研究[J]. 李林,肖循.  武漢科技學(xué)院學(xué)報. 2006(12)

博士論文
[1]調(diào)控電磁特性超材料設(shè)計及其性能研究[D]. 程用志.華中科技大學(xué) 2015
[2]光子晶體和電磁超穎材料在太赫茲頻段的應(yīng)用研究[D]. 李勝.電子科技大學(xué) 2010

碩士論文
[1]基于超材料的帶阻太赫茲濾波器設(shè)計與研究[D]. 陳康龍.北京交通大學(xué) 2018
[2]基于液晶調(diào)諧的太赫茲超材料濾波器研究[D]. 石爽.哈爾濱理工大學(xué) 2017



本文編號：3595706