基于电磁超材料太赫兹吸波器的研究

发布时间：2017-07-18 05:26

  本文关键词：基于电磁超材料太赫兹吸波器的研究

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【摘要】：电磁超材料作为材料设计领域的新理念,通过人工设计单元结构的尺寸和形状,按周期结构排列后,它会表现出超常的奇异电磁特性,是近十年来国际相关领域的研究热点之一。随着电磁超材料的迅速发展,其吸波性能的研究同样引起了研究人员的广泛的关注。由于高吸收、超薄厚度、频率选择性和设计灵活性等优势,超材料吸收器在太赫兹波段备受关注。在N.I.Landy等人首次提出了完美吸收器结构之后,研究人员对超材料吸收器的研究也从追求更高的单频吸收率发展到宽角度入射及极化不敏感等。本文主要采用商用CST Studio Suite2013电磁仿真软件设计并研究了超材料吸波器的特性,主要工作和创新点包括：1,我们基于金属方片结构分析了单频带的太赫兹超材料吸波器,并引入底层金属和顶层方形结构层表面的电流及z向电场分布分析了方片结构的吸波机理。随后利用对角排列方式将两个方形削圆结构排列在同一个超材料单元结构上,构造出了频带宽、材料薄的太赫兹吸波器。对方形削圆结构的尺寸参数、表面电流、和电场分布进行了分析和研究,并给出了在TE与TM波很宽的入射角度下的吸波率。仿真结果表明：在同一结构上放置两种不同的方形削圆结构,超材料会极大的增加吸收带宽。2,研究了基于正方形双环共面的超宽频带吸收器,并引入共振频率处顶层金属结构表面的电流分布,并且分析了超材料吸波器的吸波机理,然后给出了在TE波与TM波模式不同入射角度下该结构的吸波率,讨论了中间介质层损耗参数对超材料整体结构吸波性能的影响和这两种不同的超材料吸波体的能量损耗密度和电场能量密度。通过对外环金属补偿,增加了超材料的吸收带宽。最后结果表明：双环超材料结构具有很宽的吸收带宽,能量损耗主要在顶层金属的欧姆损耗,对中间介质参数不敏感,增加金属补偿块可以增加吸收带宽。
【关键词】：电磁超材料 吸波性能 多反射干涉理论 偏振不敏感 宽角度
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O441;TB39
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 太赫兹波的特点10-11
• 1.2 太赫兹技术的主要应用11-13
• 1.3 电磁超材料概述13-22
• 1.3.1 超材料的基本性质16-20
• 1.3.2 超材料的实现20-22
• 1.4 论文的主要研究工作22-24
• 2 基于超材料的吸波体理论介绍24-36
• 2.1 常规材料吸波体的吸波原理24-25
• 2.2 超材料吸波体的吸波原理25-27
• 2.3 超材料吸波体的基本理论27-31
• 2.3.1 阻抗匹配理论27
• 2.3.2 传输线理论27-29
• 2.3.3 多次反射干涉理论29-30
• 2.3.4 吸波体等效参数提取方法30-31
• 2.4 超材料吸波体的研究进展31-36
• 3 基于方形削圆单元的宽频带太赫兹超材料吸波器36-46
• 3.1 单方片超材料的吸波性能36-38
• 3.2 四个方形削圆单元片超材料吸波器的设计38-40
• 3.3 参数对吸波器性能的影响40-44
• 3.4 宽入射角度下的吸波性能44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 基于双正方形环的宽频带太赫兹超材料吸收器46-55
• 4.1 共面超材料的研究背景46-47
• 4.2 正方形环超材料吸波器吸波性能47-49
• 4.3 宽入射角度下的吸波性能49-50
• 4.4 超材料介质层不同损耗值的吸波性能50-51
• 4.5 外环金属补偿增加吸收带宽51-53
• 4.6 本章小结53-55
• 5 全文总结与展望55-57
• 5.1 全文内容总结55-56
• 5.2 未来工作展望56-57
• 参考文献57-61
• 作者简历61-63
• 学位论文数据集63

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本文编号：556202