基于温度可调的太赫兹超材料吸波器的设计与研究
发布时间：2021-10-15 21:56
电磁超材料吸波器,作为超材料应用领域中一个极其重要的分支,在传感、探测、热辐射、电磁隐身和成像技术等相关领域具有巨大的应用前景,因此受到世界各国科研人员的广泛关注。本文首先介绍了太赫兹波的特性及其发展应用,并详细介绍了超材料吸波器的产生背景及发展现状,然后介绍了超材料吸波器的理论基础。通过建立温敏半导体材料锑化铟的介电常数模型,设计了几种不同类型的基于锑化铟介质基片的可调谐超材料吸波器,并对其吸收特性进行了研究,最后通过经典的电磁学理论和等效电路理论对其物理吸收机制进行了解释。本文主要的研究内容和创新点如下:（1）设计了一种基于方环形结构的单频窄带可调谐太赫兹吸波器。当温度T=280 K时,吸波器在f=2.01 THz处的吸收率接近100%。通过改变外部温度,可将吸波器的吸收峰频率从1.36 THz到2.26 THz范围内进行调谐。（2）设计了一种基于交叉十字镂空型的六频带可调谐太赫兹吸波器。在T=210K温度条件下,吸波器在0.4-2.2 THz的频率范围内具有六个近乎完美的吸收峰。随着温度的升高,吸波器六个谐振频点均呈现出明显的蓝移现象。（3）设计了一种三维结构的可调谐太赫兹吸波器...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统的Salisbury屏结构图
武汉科技大学硕士学位论文5波入射时，利用开口谐振环激发共振效应，同时电阻片吸收电磁能量，从而达到吸波的目的。但是，由于该方法的制备工艺复杂，成品的加工难度很大，并不利于实际应用。2008年，Landy等人通过设计基于电磁谐振效应的超薄吸波器，首次实现了完美超材料吸波器，引发了巨大的轰动[29]。其单元结构如图1.4所示，顶层为金属开缝环电谐振器，底层为金属微带线，中间层为FR4介质基底。仿真结果显示其在11.5GHz处得到的吸收率接近100%，加工实测的吸收率约为88%。图1.4（a）顶层电谐振环；（b）底层金属线;（c）吸波器单元结构；（d）吸波器吸收率同年，HuTao等人通过改变超材料单元结构的尺寸，将Landy等人的研究成果扩展到了THz波段，首次实现了THz波段对电磁波的完美吸收[30]。如图1.5所示，其结构与Landy等人的结构类似，所不同的是HuTao等人的结构多添加了一层砷化镓基底。由仿真结果可知，该吸波器在1.125THz左右实现了约97%的吸收率，此处的反射率和透射率都接近零。图1.5（a）太赫兹完美超材料吸波器单元结构示意图；（b）对应的吸收曲线通常，超材料吸波器由典型的三层结构组成：顶层的周期性金属图案层、中间介质层和金属底板，这种结构也称为全反射型超材料吸波器。超材料吸波器的吸收特性主要与顶层金属图案层的形状分布、谐振方式以及中间介质层的电磁参数有关，通过调整单元结构的各种几何参数，就可以获得所需的谐振频率范围以及谐振强度大校(a)(b)(a)(b)(c)(d)
武汉科技大学硕士学位论文5波入射时，利用开口谐振环激发共振效应，同时电阻片吸收电磁能量，从而达到吸波的目的。但是，由于该方法的制备工艺复杂，成品的加工难度很大，并不利于实际应用。2008年，Landy等人通过设计基于电磁谐振效应的超薄吸波器，首次实现了完美超材料吸波器，引发了巨大的轰动[29]。其单元结构如图1.4所示，顶层为金属开缝环电谐振器，底层为金属微带线，中间层为FR4介质基底。仿真结果显示其在11.5GHz处得到的吸收率接近100%，加工实测的吸收率约为88%。图1.4（a）顶层电谐振环；（b）底层金属线;（c）吸波器单元结构；（d）吸波器吸收率同年，HuTao等人通过改变超材料单元结构的尺寸，将Landy等人的研究成果扩展到了THz波段，首次实现了THz波段对电磁波的完美吸收[30]。如图1.5所示，其结构与Landy等人的结构类似，所不同的是HuTao等人的结构多添加了一层砷化镓基底。由仿真结果可知，该吸波器在1.125THz左右实现了约97%的吸收率，此处的反射率和透射率都接近零。图1.5（a）太赫兹完美超材料吸波器单元结构示意图；（b）对应的吸收曲线通常，超材料吸波器由典型的三层结构组成：顶层的周期性金属图案层、中间介质层和金属底板，这种结构也称为全反射型超材料吸波器。超材料吸波器的吸收特性主要与顶层金属图案层的形状分布、谐振方式以及中间介质层的电磁参数有关，通过调整单元结构的各种几何参数，就可以获得所需的谐振频率范围以及谐振强度大校(a)(b)(a)(b)(c)(d)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of a concise and dual-band tunable metamaterial absorber[J]. 李宗哲,罗春娅,姚刚,乐进,季洁,姚建铨,凌福日. Chinese Optics Letters. 2016(10)
[2]一种基于石墨烯的超宽带吸波器[J]. 姜彦南,王扬,葛德彪,李思敏,曹卫平,高喜,于新华. 物理学报. 2016(05)
[3]太赫兹通信技术研究进展[J]. 顾立,谭智勇,曹俊诚. 物理. 2013(10)
[4]太赫兹技术及其应用[J]. 姚建铨. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2010(06)
[5]太赫兹技术的发展现状及应用前景分析[J]. 王忆锋,毛京湘. 光电技术应用. 2008(01)
[6]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
[7]锑化铟的物理特性及其应用[J]. 林达荃. 物理通报. 1963(02)
本文编号：3438688
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统的Salisbury屏结构图
武汉科技大学硕士学位论文5波入射时，利用开口谐振环激发共振效应，同时电阻片吸收电磁能量，从而达到吸波的目的。但是，由于该方法的制备工艺复杂，成品的加工难度很大，并不利于实际应用。2008年，Landy等人通过设计基于电磁谐振效应的超薄吸波器，首次实现了完美超材料吸波器，引发了巨大的轰动[29]。其单元结构如图1.4所示，顶层为金属开缝环电谐振器，底层为金属微带线，中间层为FR4介质基底。仿真结果显示其在11.5GHz处得到的吸收率接近100%，加工实测的吸收率约为88%。图1.4（a）顶层电谐振环；（b）底层金属线;（c）吸波器单元结构；（d）吸波器吸收率同年，HuTao等人通过改变超材料单元结构的尺寸，将Landy等人的研究成果扩展到了THz波段，首次实现了THz波段对电磁波的完美吸收[30]。如图1.5所示，其结构与Landy等人的结构类似，所不同的是HuTao等人的结构多添加了一层砷化镓基底。由仿真结果可知，该吸波器在1.125THz左右实现了约97%的吸收率，此处的反射率和透射率都接近零。图1.5（a）太赫兹完美超材料吸波器单元结构示意图；（b）对应的吸收曲线通常，超材料吸波器由典型的三层结构组成：顶层的周期性金属图案层、中间介质层和金属底板，这种结构也称为全反射型超材料吸波器。超材料吸波器的吸收特性主要与顶层金属图案层的形状分布、谐振方式以及中间介质层的电磁参数有关，通过调整单元结构的各种几何参数，就可以获得所需的谐振频率范围以及谐振强度大校(a)(b)(a)(b)(c)(d)
武汉科技大学硕士学位论文5波入射时，利用开口谐振环激发共振效应，同时电阻片吸收电磁能量，从而达到吸波的目的。但是，由于该方法的制备工艺复杂，成品的加工难度很大，并不利于实际应用。2008年，Landy等人通过设计基于电磁谐振效应的超薄吸波器，首次实现了完美超材料吸波器，引发了巨大的轰动[29]。其单元结构如图1.4所示，顶层为金属开缝环电谐振器，底层为金属微带线，中间层为FR4介质基底。仿真结果显示其在11.5GHz处得到的吸收率接近100%，加工实测的吸收率约为88%。图1.4（a）顶层电谐振环；（b）底层金属线;（c）吸波器单元结构；（d）吸波器吸收率同年，HuTao等人通过改变超材料单元结构的尺寸，将Landy等人的研究成果扩展到了THz波段，首次实现了THz波段对电磁波的完美吸收[30]。如图1.5所示，其结构与Landy等人的结构类似，所不同的是HuTao等人的结构多添加了一层砷化镓基底。由仿真结果可知，该吸波器在1.125THz左右实现了约97%的吸收率，此处的反射率和透射率都接近零。图1.5（a）太赫兹完美超材料吸波器单元结构示意图；（b）对应的吸收曲线通常，超材料吸波器由典型的三层结构组成：顶层的周期性金属图案层、中间介质层和金属底板，这种结构也称为全反射型超材料吸波器。超材料吸波器的吸收特性主要与顶层金属图案层的形状分布、谐振方式以及中间介质层的电磁参数有关，通过调整单元结构的各种几何参数，就可以获得所需的谐振频率范围以及谐振强度大校(a)(b)(a)(b)(c)(d)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of a concise and dual-band tunable metamaterial absorber[J]. 李宗哲,罗春娅,姚刚,乐进,季洁,姚建铨,凌福日. Chinese Optics Letters. 2016(10)
[2]一种基于石墨烯的超宽带吸波器[J]. 姜彦南,王扬,葛德彪,李思敏,曹卫平,高喜,于新华. 物理学报. 2016(05)
[3]太赫兹通信技术研究进展[J]. 顾立,谭智勇,曹俊诚. 物理. 2013(10)
[4]太赫兹技术及其应用[J]. 姚建铨. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2010(06)
[5]太赫兹技术的发展现状及应用前景分析[J]. 王忆锋,毛京湘. 光电技术应用. 2008(01)
[6]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
[7]锑化铟的物理特性及其应用[J]. 林达荃. 物理通报. 1963(02)
本文编号：3438688
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