發(fā)布時間：2018-05-29 03:58

  本文選題：太赫茲 + 人工微結(jié)構(gòu)��； 參考：《電子科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：太赫茲無線通信已成為近年來通信與信息技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。而作為可實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕谕獠空{(diào)制太赫茲無線通信系統(tǒng)是該領(lǐng)域的重要研究方向,因此一直以來得到了多方的關(guān)注。在該系統(tǒng)中,其核心器件太赫茲外部調(diào)制器長期以來難以得到突破,也限制了該系統(tǒng)的發(fā)展。如何實現(xiàn)對太赫茲波的高效、高速調(diào)控,從而將數(shù)據(jù)信息加載至空間傳輸?shù)奶掌澆ǔ蔀榱送庹{(diào)制太赫茲無線通信系統(tǒng)亟待解決的關(guān)鍵問題。本文將人工微結(jié)構(gòu)(Metamaterials,人工電磁媒質(zhì))與高電子遷移率晶體管(HEMT)相結(jié)合,通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、模擬仿真、理論分析與加工測試,系統(tǒng)的設(shè)計并實現(xiàn)了具備模式切換能力的高速太赫茲動態(tài)器件。進一步的,通過搭建基于外部調(diào)制的太赫茲無線通信系統(tǒng),對調(diào)制器的性能指標(biāo)進行了實驗探究,同時也驗證了基于外調(diào)制太赫茲無線通信系統(tǒng)的可行性。本論文主要研究內(nèi)容如下。1、對人工微結(jié)構(gòu)的諧振模式及其特性進行了詳細研究。不同諧振模式的人工微結(jié)構(gòu)在頻譜上所表現(xiàn)出的諧振強度、半高寬以及Q值具有顯著的區(qū)別。對諧振模式的細化與分類將有助于設(shè)計具備不同功能特色的器件結(jié)構(gòu)。由于人工微結(jié)構(gòu)是外調(diào)制動態(tài)器件的基礎(chǔ),本論文針對不同的諧振模式探討了多種基于人工微結(jié)構(gòu)的太赫茲功能器件。2、將人工微結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體材料相結(jié)合,構(gòu)建了復(fù)合型動態(tài)器件結(jié)構(gòu)體系。為實現(xiàn)對太赫茲波的高速動態(tài)調(diào)制,光控與電控是最為有效的兩種方式。對于光控調(diào)制器的設(shè)計,本論文采用人工微結(jié)構(gòu)與摻雜體材料相結(jié)合的方式,實現(xiàn)了寬帶以及多通帶的太赫茲調(diào)制器。對于電控調(diào)制器的設(shè)計,本論文基于模式切換原理,設(shè)計出了三種具備模式切換能力的太赫茲調(diào)制器。主要分為:LC-LC模式切換、偶極-LC模式切換以及偶極-偶極模式切換。偶極振蕩與LC振蕩是人工微結(jié)構(gòu)的最基本諧振方式,這三種模式切換的實現(xiàn)進一步完善了太赫茲動態(tài)器件的體系結(jié)構(gòu)。3、設(shè)計出了人工微結(jié)構(gòu)與HEMT相結(jié)合的太赫茲動態(tài)器件。人工微結(jié)構(gòu)對太赫茲電磁波具備良好的調(diào)控能力,而HEMT是近年來廣泛應(yīng)用于射頻微波領(lǐng)域的新型半導(dǎo)體器件,具備很高的動態(tài)響應(yīng)速度與良好的開關(guān)特性。本論文將HEMT應(yīng)用于模式切換人工微結(jié)構(gòu)的核心控制區(qū)域,采用Drude模型對存在于溝道中的二維電子氣進行等效,得到了基于載流子濃度的仿真變化曲線。這將有利于分析器件性能,指導(dǎo)實驗與優(yōu)化。4、對HEMT的器件特性進行了詳細的研究與分析,完整制備了基于HEMT的太赫茲動態(tài)器件。本論文從襯底的選取、掩膜版圖的繪制以及微細加工三個方面對該太赫茲動態(tài)器件的制備進行了介紹。此外,針對該太赫茲調(diào)制器芯片,設(shè)計并制作了封裝與匹配電路,使得該器件具備更高的集成度與穩(wěn)定性。5、對太赫茲動態(tài)器件的具體參數(shù)指標(biāo)進行了詳細測試。首先利用太赫茲時域光譜系統(tǒng)來觀察該器件隨電壓變化的傳輸特性曲線。其次,采用太赫茲固態(tài)源與熱輻射功率計,得到了通過該器件的單頻太赫茲波隨電壓的幅度變化,研究了在實際應(yīng)用條件下的器件靜態(tài)響應(yīng)能力,并對器件線性度進行了研究分析。6、搭建了基于外部調(diào)制的太赫茲無線通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)由太赫茲收發(fā)系統(tǒng)與調(diào)制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。太赫茲收發(fā)系統(tǒng)包括340GHz太赫茲固態(tài)源和太赫茲探測器,調(diào)制系統(tǒng)包括太赫茲外部調(diào)制器和通信基帶模塊。本論文分別測試了該器件在單音信號與眼圖信號下的調(diào)制能力。單音測試顯示該器件最高響應(yīng)速率可達1GHz,眼圖測試顯示該器件所具備的實際數(shù)據(jù)傳輸能力達0.1Gbps,從而驗證了基于外部調(diào)制的太赫茲無線通信系統(tǒng)的可行性。本論文從太赫茲動態(tài)器件的設(shè)計仿真到加工測試進行了詳細的研究與探討。主要實現(xiàn)了太赫茲波段具備一定實時通信能力的太赫茲外部調(diào)制器。該調(diào)制器除了具備幅度調(diào)制能力,同時還具備一定的相位與頻率調(diào)制能力。重點加工制備了結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越的偶極-偶極模式切換太赫茲調(diào)制器。經(jīng)過不斷的探索與優(yōu)化,最終實現(xiàn)了太赫茲波段具備85%調(diào)制深度、68o相位調(diào)制以及1GHz調(diào)制速率的太赫茲調(diào)制器。太赫茲外部調(diào)制器將有望在太赫茲通信、醫(yī)療成像、安檢、雷達、遙測、航空航天等領(lǐng)域得到較大的發(fā)展與應(yīng)用。
[Abstract]:In order to realize the high - speed dynamic modulation of terahertz waves , a terahertz modulator with mode switching capability is designed and realized by combining artificial microstructures with semiconductor materials . A terahertz wireless communication system based on external modulation is established . The system consists of a terahertz external modulator and a communication baseband module . The terahertz modulator has the characteristics of simple structure and excellent performance . The terahertz modulator has the advantages of simple structure and excellent performance . The terahertz modulator has the advantages of simple structure and excellent performance . The terahertz modulator can be used for the terahertz communication , medical imaging , security inspection , radar , telemetry , aerospace and the like .
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN386

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張剛;;淺談太赫茲波技術(shù)及其應(yīng)用[J];科技廣場;2007年11期

2 戚祖敏;;太赫茲波在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J];紅外;2008年12期

3 曹鐵嶺;姚建銓;鄭義;;基于法布里-珀羅干涉儀的太赫茲波波長測試方法[J];光學(xué)儀器;2008年02期

4 牧凱軍;張振偉;張存林;;太赫茲科學(xué)與技術(shù)[J];中國電子科學(xué)研究院學(xué)報;2009年03期

5 趙國忠;;太赫茲科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與實驗室建設(shè)[J];現(xiàn)代科學(xué)儀器;2009年03期

6 董慶楠;;淺談太赫茲波的特點及其在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用[J];科協(xié)論壇(下半月);2009年07期

7 魏華;;太赫茲探測技術(shù)發(fā)展與展望[J];紅外技術(shù);2010年04期

8 張希成;;太赫茲射線——新的射線[J];光學(xué)與光電技術(shù);2010年04期

9 岳楨干;;美國倫斯勒理工學(xué)院太赫茲研究中心的遠距離太赫茲探測技術(shù)研究[J];紅外;2011年05期

10 岳楨干;;太赫茲波遙感技術(shù)簡介[J];紅外;2011年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張存林;牧凱軍;;太赫茲波譜與成像[A];第八屆全國光學(xué)前沿問題討論會論文集[C];2009年

2 張敏;權(quán)潤愛;阮雙琛;梁華偉;蘇紅;;連續(xù)太赫茲波在產(chǎn)品分布檢測中的應(yīng)用[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2009年

3 戴厚梅;劉勁松;;空氣中產(chǎn)生太赫茲波過程的研究進展[A];第十三屆全國紅外加熱暨紅外醫(yī)學(xué)發(fā)展研討會論文及論文摘要集[C];2011年

4 李喜來;徐軍;曹付允;朱桂芳;侯洵;;太赫茲波軍事應(yīng)用研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

5 張存林;趙國忠;;太赫茲波的應(yīng)用[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

6 張存林;趙國忠;沈京玲;張巖;;太赫茲波譜與成像[A];第七屆全國光學(xué)前沿問題討論會論文摘要集[C];2007年

7 范文慧;;太赫茲波譜成像技術(shù)與應(yīng)用[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2012年

8 趙國忠;梁衛(wèi)華;張存林;楊國楨;;太赫茲波傳播特性及成像研究[A];第七屆全國光學(xué)前沿問題討論會論文摘要集[C];2007年

9 郭瀾濤;牧凱軍;左劍;張振偉;張存林;;爆炸物的太赫茲超寬帶光譜研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

10 孟增睿;張偉斌;;太赫茲光譜探測技術(shù)在安全領(lǐng)域的研究進展[A];第二屆全國危險物質(zhì)與安全應(yīng)急技術(shù)研討會論文集[C];2013年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 袁志勇;張巖：借太赫茲波“穿墻透視”[N];科技日報;2013年

2 本報記者　江世亮 邱德青 實習(xí)生 王禹;太赫茲：又一場“前沿革命”[N];文匯報;2006年

3 記者 任海軍;有設(shè)備會“透視”可“分辨”爆炸物[N];新華每日電訊;2010年

4 常麗君;太赫茲脈沖可提高砷化鎵電子密度[N];科技日報;2011年

5 本報記者　 繆琴;神奇“太赫茲”改變你生活[N];成都日報;2006年

6 常麗君;科學(xué)家開發(fā)出石墨烯太赫茲設(shè)備樣機[N];科技日報;2012年

7 ;英“遠程透視眼”能看穿衣服,但不看“隱私”[N];新華每日電訊;2008年

8 實習(xí)記者 唐燾逸;反暴恐利器：國內(nèi)首臺太赫茲安檢儀發(fā)布[N];中國航空報;2014年

9 劉霞;集成太赫茲收發(fā)器在美問世[N];科技日報;2010年

10 本報記者 侯鐵中;太赫茲研究的中國高度[N];科技日報;2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王偉濤;新型太赫茲參量源研究[D];山東大學(xué);2015年

2 張彪;太赫茲雷達成像算法研究[D];電子科技大學(xué);2015年

3 黃海漩;基于二元光學(xué)矢量理論的太赫茲亞波長功能器件研究[D];深圳大學(xué);2015年

4 李輝;基于連續(xù)太赫茲波檢測人體呼吸運動的研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2015年

5 茍君;基于氧化釩輻射熱計的室溫太赫茲探測器研究[D];電子科技大學(xué);2014年

6 賴偉恩;太赫茲時域光譜與新穎太赫茲薄膜器件的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

7 陳琦;幾種新型微波無源器件及太赫茲濾波器的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

8 王蓉蓉;大氣水凝物中THz波和紅外波的輻射傳輸特性[D];西安電子科技大學(xué);2015年

9 劉建軍;太赫茲時域光譜技術(shù)在轉(zhuǎn)基因物質(zhì)檢測上的識別方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

10 劉項;基于金屬表面等離子激元的太赫茲波段功能器件研究[D];浙江大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 馬欣然;木材的太赫茲波光譜特性及參數(shù)提取算法研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

2 唐關(guān)琦;大能量納秒太赫茲參量源研究[D];山東大學(xué);2015年

3 李進;基于太赫茲時域光譜技術(shù)的水蒸汽傳輸特性研究[D];西南科技大學(xué);2015年

4 王磊;亞波長金屬微結(jié)構(gòu)對太赫茲波偏振調(diào)制作用的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 吳三統(tǒng);基于單片集成二極管技術(shù)的太赫茲倍頻鏈路研究[D];電子科技大學(xué);2014年

6 孫振龍;太赫茲快速成像系統(tǒng)的研究[D];南京大學(xué);2014年

7 樊霖;太赫茲探測器讀出電路設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2015年

8 謝佳林;基于鉭酸鋰晶體的熱釋電太赫茲探測系統(tǒng)的設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2015年

9 孫琳琳;太赫茲波段基于HEMT人工微結(jié)構(gòu)的制備與基礎(chǔ)研究[D];電子科技大學(xué);2015年

10 丁杰;基于表面微結(jié)構(gòu)的太赫茲吸收層研究[D];電子科技大學(xué);2015年

，

本文編號：1949398