石墨烯基频率选择表面吸波体和极化器电磁建模与分析理论研究
发布时间：2021-09-22 02:27
石墨烯基频率选择表面（GFSS）在智能电子、隐身材料、光电器件等领域具有广泛的应用前景。本研究系统地从理论上研究了GFSS吸波体和极化器的电磁响应机制及其电磁特性数理模型,结合全波电磁仿真法、理论解析法和等效电路法,构建了GFSS吸波体和极化器的研究理论框架和分析方法。应用建立的数理模型,分别针对微波段与太赫兹波段,设计了GFSS表面电导率型吸波体、GFSS介质型吸波体和GFSS表面电导率型极化器。本研究主要研究结果如下:首先,从理论上建立GFSS表面电导率和等效介质电磁参数数理模型。根据数理模型讨论了GFSS的静电场和静磁场偏置效应,研究发现GFSS可以动态控制电磁波响应,为实现电磁波智能控制设备提供了潜在的可能。对GFSS进行静电电场偏置可以改变石墨烯化学式cμ,从而改变GFSS的阻抗特性实现对电磁波的频率或幅度的可调谐。对GFSS静磁场偏置可以改变石墨烯的主对角线和次对角线电导率分量实现对电磁波的极化可调谐性能。其次,根据GFSS数理模型探究了GFSS的电磁吸收和电磁极化调控特性。应用GFSS表面电导率模型,设计并研究了一种宽带GFSS表面电导率型吸波体,通过传输矩阵法（TMM）...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
最早的关于频率选择表面的专利1919年，MarconiG和FranklinCS制造了一个由线段而不是无限长杆构成的抛
3华中科技大学博士学位论文别是在过去的40年里，他们受到了密切的关注。卫星Voyager77利用FSS来实现双频段反射器[25]，卫星上的抛物面天线可以在两个频段工作，可以从两个空间分离的信号源馈送。就1996年卫星卡西尼号而言[21]，所述原则扩展到四个频段。如今，FSS被用于天线罩[26]（地面和空中）、导弹、电磁屏蔽[27]、极化器、雷达吸收材料以及各种电磁应用的设计中。FSS实质上是周期阵列结构，其阵列单元是薄的图案谐振单元，通常图案单元印制在介质基板上。如图1-2所示，为FSS的一般结构和频率响应曲线。图1-2FSS的周期阵列结构和频率响应频率选择表面（FSS）能够过滤不同特性的电磁波信号，FSS的性能依赖于图案几何参数、图案单元的重复周期和周围介质基板的特性。由金属图案周期性排列的FSS通常可以分为电感性表面或电容性表面。电感FSS的工作方式类似于带通滤波器，而电容FSS的工作方式类似于带阻滤波器。根据结构的互补性原则，可以将FSS分为互补阵列。互补阵列定义为具有相似单元的图案阵列和其缝隙图案阵列，如果将这两个阵列相互叠加在一起，将会得到一个“完整”的理想平面。根据“巴比涅原理”可知阵列的传输系数等于其互补阵列的反射系数。如图1-3所示，为几种典型的FSS阵列。
4华中科技大学博士学位论文传统FSS的图案单元一般用导电物质填充，如金、银、铜、电阻膜等。图案单元由石墨烯填充就构成石墨烯基频率选择表面。GFSS的表面阻抗特性和频率响应不同于传统的FSS。方块贴片型GFSS具有电容和电感特性[28]，而传统的仅显示电容特性。根据石墨烯的表面电导率可以通过偏置静电场来调节，毛军发教授团队在2014年提出了具有中心频率和带宽可调的带通互补GFSS[29]。基于GFSS的独特可调性，最近提出并模拟了各种组件，如GFSS吸波结构[30]，GFSS天线[31]和GFSS调制器[32,33]。此外，当石墨烯片被垂直静磁场偏置时，它表现出法拉第旋转的自旋性[34–37]，被视为平面波的偏振在通过介质时旋转的现象。法拉第旋转源于无质量载流子的回旋共振，可以通过磁偏置石墨烯的磁子激发来改善[38,39]。如图1-4所示，为典型的GFSS阵列。图1-3典型FSS结构示例：(a)方块容性表面和网格感性表面[40]；(b)互补阵列的一个简单例子[41]。左：偶极子阵列。右：缝隙阵列
【参考文献】：
期刊论文
[1]曲面双层带通频率选择表面天线罩设计[J]. 陈毅乔. 电讯技术. 2016(04)
硕士论文
[1]石墨烯薄膜电磁屏蔽特性与频率选择方法研究[D]. 张恒.中国科学院重庆绿色智能技术研究院 2016
本文编号：3402952
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
最早的关于频率选择表面的专利1919年，MarconiG和FranklinCS制造了一个由线段而不是无限长杆构成的抛
3华中科技大学博士学位论文别是在过去的40年里，他们受到了密切的关注。卫星Voyager77利用FSS来实现双频段反射器[25]，卫星上的抛物面天线可以在两个频段工作，可以从两个空间分离的信号源馈送。就1996年卫星卡西尼号而言[21]，所述原则扩展到四个频段。如今，FSS被用于天线罩[26]（地面和空中）、导弹、电磁屏蔽[27]、极化器、雷达吸收材料以及各种电磁应用的设计中。FSS实质上是周期阵列结构，其阵列单元是薄的图案谐振单元，通常图案单元印制在介质基板上。如图1-2所示，为FSS的一般结构和频率响应曲线。图1-2FSS的周期阵列结构和频率响应频率选择表面（FSS）能够过滤不同特性的电磁波信号，FSS的性能依赖于图案几何参数、图案单元的重复周期和周围介质基板的特性。由金属图案周期性排列的FSS通常可以分为电感性表面或电容性表面。电感FSS的工作方式类似于带通滤波器，而电容FSS的工作方式类似于带阻滤波器。根据结构的互补性原则，可以将FSS分为互补阵列。互补阵列定义为具有相似单元的图案阵列和其缝隙图案阵列，如果将这两个阵列相互叠加在一起，将会得到一个“完整”的理想平面。根据“巴比涅原理”可知阵列的传输系数等于其互补阵列的反射系数。如图1-3所示，为几种典型的FSS阵列。
4华中科技大学博士学位论文传统FSS的图案单元一般用导电物质填充，如金、银、铜、电阻膜等。图案单元由石墨烯填充就构成石墨烯基频率选择表面。GFSS的表面阻抗特性和频率响应不同于传统的FSS。方块贴片型GFSS具有电容和电感特性[28]，而传统的仅显示电容特性。根据石墨烯的表面电导率可以通过偏置静电场来调节，毛军发教授团队在2014年提出了具有中心频率和带宽可调的带通互补GFSS[29]。基于GFSS的独特可调性，最近提出并模拟了各种组件，如GFSS吸波结构[30]，GFSS天线[31]和GFSS调制器[32,33]。此外，当石墨烯片被垂直静磁场偏置时，它表现出法拉第旋转的自旋性[34–37]，被视为平面波的偏振在通过介质时旋转的现象。法拉第旋转源于无质量载流子的回旋共振，可以通过磁偏置石墨烯的磁子激发来改善[38,39]。如图1-4所示，为典型的GFSS阵列。图1-3典型FSS结构示例：(a)方块容性表面和网格感性表面[40]；(b)互补阵列的一个简单例子[41]。左：偶极子阵列。右：缝隙阵列
【参考文献】：
期刊论文
[1]曲面双层带通频率选择表面天线罩设计[J]. 陈毅乔. 电讯技术. 2016(04)
硕士论文
[1]石墨烯薄膜电磁屏蔽特性与频率选择方法研究[D]. 张恒.中国科学院重庆绿色智能技术研究院 2016
本文编号：3402952
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3402952.html
