太赫兹频谱调控超表面器件的设计与研究
发布时间：2022-01-18 22:27
电磁超表面因其轻量化、易集成和强大的频谱调控能力,逐渐成为近年来太赫兹、红外、微波等领域的研究热点。但由于其无源、窄带特性以及电磁属性不可变等不足,动态调控或谐振可调、超宽带特性等,成为当下电磁调控研究新动向。有鉴于此,本文针对太赫兹波段的电磁吸波和滤波,探索了动态的有源调控以及超宽带滤波实现方法与设计思路。主要研究内容包括:1.提出基于金属-介质-金属（MIM）结构的太赫兹吸波器设计,结合等效介电常数、磁导率和波阻抗等参数,建立等效电路模型解释吸波机理、并预测谐振工作点,进而定量地反映结构尺寸和谐振频率的关系。随后,通过引入相变介质GST,实现可调谐的功能,并分析了介质层厚度、结构特征尺寸对谐振曲线和调频率的影响。最终可实现的非晶态和晶态的最佳峰值吸收率分别是99.66%和88.59%,调频率达到28.28%。2.探索基于多层太赫兹超表面的宽带电磁调控。针对单层超表面的窄带特性,通过多层耦合实现超宽带频谱调控。例如通过三个谐振工作点叠加,实现带宽接近130GHz（373GHz～502GHz）并具有超平坦传输特性的太赫兹带阻滤波器,上升、下降陡度分别达1930%/THz、697%/TH...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太赫兹在波谱中的“特殊位置”[3]
第一章绪论3RingResonator,简称SRR)[14]。如图1-2(a)所示，开口谐振环就是将两个同心圆环的两个相反的方向开口得到，在14GHz附近下产生磁相应，实现负的磁导率如图1-2(b)。在Veselago和Pendry的理论研究基础上，Smith[15]等人在实验中首次实现了在某一频率点实现了双负特性。他们通过设计一个亚波长结构的开口环谐振器和金属导线的周期性排列，如图1-3(a)所示。为了同时实现负介电常数和磁导率，入射电磁波的电场分量应平行导线轴，磁场分量则应该垂直于SRR平面。传输功率如图1-3(b)所示，实线表示通过SRR阵列发射的功率，而虚线表示通过组合SRR和导线的阵列发射的功率。如图所示，在相应的频率范围内，SRR阵列存在一个由负介电常数引起的带阻区域,但是，虚线表示通带是由于在这些频率附近存在双重负性行为造成。这个实验成功后，人们才算是真正认识了超材料。而近几年出现的超表面概念，则是在此基础上演化而来的二维版本，即亚波长平面周期结构阵列[16]。图1-2(a)双开口的SRR结构(b)该谐振环的等效磁导率，实线为磁导率虚部，虚线为磁导率实部[14]图1-3(a)开口谐振环和金属线(b)该谐振器的传输谱图，其中实线表示SRR阵列[15]1.2超表面频谱调控器件研究现状得益于超表面的出现，太赫兹器件的瓶颈被打破，各种基于超表面的频谱调控器件如雨后春笋般出现。其中，吸波器和滤波器在军事、通信、成像、生物医学等领域中有
第一章绪论3RingResonator,简称SRR)[14]。如图1-2(a)所示，开口谐振环就是将两个同心圆环的两个相反的方向开口得到，在14GHz附近下产生磁相应，实现负的磁导率如图1-2(b)。在Veselago和Pendry的理论研究基础上，Smith[15]等人在实验中首次实现了在某一频率点实现了双负特性。他们通过设计一个亚波长结构的开口环谐振器和金属导线的周期性排列，如图1-3(a)所示。为了同时实现负介电常数和磁导率，入射电磁波的电场分量应平行导线轴，磁场分量则应该垂直于SRR平面。传输功率如图1-3(b)所示，实线表示通过SRR阵列发射的功率，而虚线表示通过组合SRR和导线的阵列发射的功率。如图所示，在相应的频率范围内，SRR阵列存在一个由负介电常数引起的带阻区域,但是，虚线表示通带是由于在这些频率附近存在双重负性行为造成。这个实验成功后，人们才算是真正认识了超材料。而近几年出现的超表面概念，则是在此基础上演化而来的二维版本，即亚波长平面周期结构阵列[16]。图1-2(a)双开口的SRR结构(b)该谐振环的等效磁导率，实线为磁导率虚部，虚线为磁导率实部[14]图1-3(a)开口谐振环和金属线(b)该谐振器的传输谱图，其中实线表示SRR阵列[15]1.2超表面频谱调控器件研究现状得益于超表面的出现，太赫兹器件的瓶颈被打破，各种基于超表面的频谱调控器件如雨后春笋般出现。其中，吸波器和滤波器在军事、通信、成像、生物医学等领域中有
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹技术应用与发展研究[J]. 安国雨. 环境技术. 2018(02)
[2]超表面吸收特性的研究进展[J]. 于宏岩,张强,付淑芳,袁悦,周胜. 哈尔滨师范大学自然科学学报. 2017(06)
[3]太赫兹波通信技术研究现状及展望[J]. 李纪舟,蒋文涛. 通信技术. 2014(04)
[4]电路品质因数的计算[J]. 田社平,陈洪亮,张峰. 电气电子教学学报. 2010(04)
[5]谐振电路品质因数的计算[J]. 陆冬妹. 百色学院学报. 2009(06)
[6]隐身吸波材料的研究进展[J]. 张健,张文彦,奚正平. 稀有金属材料与工程. 2008(S4)
[7]基于方向滤波器消除遥感图像孤立条带噪声的方法[J]. 石光明,王晓甜,张犁,刘哲. 红外与毫米波学报. 2008(03)
[8]光的全反射中倏逝波的研究[J]. 李林,肖循. 武汉科技学院学报. 2006(12)
博士论文
[1]调控电磁特性超材料设计及其性能研究[D]. 程用志.华中科技大学 2015
[2]光子晶体和电磁超颖材料在太赫兹频段的应用研究[D]. 李胜.电子科技大学 2010
硕士论文
[1]基于超材料的带阻太赫兹滤波器设计与研究[D]. 陈康龙.北京交通大学 2018
[2]基于液晶调谐的太赫兹超材料滤波器研究[D]. 石爽.哈尔滨理工大学 2017
本文编号：3595706
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太赫兹在波谱中的“特殊位置”[3]
第一章绪论3RingResonator,简称SRR)[14]。如图1-2(a)所示，开口谐振环就是将两个同心圆环的两个相反的方向开口得到，在14GHz附近下产生磁相应，实现负的磁导率如图1-2(b)。在Veselago和Pendry的理论研究基础上，Smith[15]等人在实验中首次实现了在某一频率点实现了双负特性。他们通过设计一个亚波长结构的开口环谐振器和金属导线的周期性排列，如图1-3(a)所示。为了同时实现负介电常数和磁导率，入射电磁波的电场分量应平行导线轴，磁场分量则应该垂直于SRR平面。传输功率如图1-3(b)所示，实线表示通过SRR阵列发射的功率，而虚线表示通过组合SRR和导线的阵列发射的功率。如图所示，在相应的频率范围内，SRR阵列存在一个由负介电常数引起的带阻区域,但是，虚线表示通带是由于在这些频率附近存在双重负性行为造成。这个实验成功后，人们才算是真正认识了超材料。而近几年出现的超表面概念，则是在此基础上演化而来的二维版本，即亚波长平面周期结构阵列[16]。图1-2(a)双开口的SRR结构(b)该谐振环的等效磁导率，实线为磁导率虚部，虚线为磁导率实部[14]图1-3(a)开口谐振环和金属线(b)该谐振器的传输谱图，其中实线表示SRR阵列[15]1.2超表面频谱调控器件研究现状得益于超表面的出现，太赫兹器件的瓶颈被打破，各种基于超表面的频谱调控器件如雨后春笋般出现。其中，吸波器和滤波器在军事、通信、成像、生物医学等领域中有
第一章绪论3RingResonator,简称SRR)[14]。如图1-2(a)所示，开口谐振环就是将两个同心圆环的两个相反的方向开口得到，在14GHz附近下产生磁相应，实现负的磁导率如图1-2(b)。在Veselago和Pendry的理论研究基础上，Smith[15]等人在实验中首次实现了在某一频率点实现了双负特性。他们通过设计一个亚波长结构的开口环谐振器和金属导线的周期性排列，如图1-3(a)所示。为了同时实现负介电常数和磁导率，入射电磁波的电场分量应平行导线轴，磁场分量则应该垂直于SRR平面。传输功率如图1-3(b)所示，实线表示通过SRR阵列发射的功率，而虚线表示通过组合SRR和导线的阵列发射的功率。如图所示，在相应的频率范围内，SRR阵列存在一个由负介电常数引起的带阻区域,但是，虚线表示通带是由于在这些频率附近存在双重负性行为造成。这个实验成功后，人们才算是真正认识了超材料。而近几年出现的超表面概念，则是在此基础上演化而来的二维版本，即亚波长平面周期结构阵列[16]。图1-2(a)双开口的SRR结构(b)该谐振环的等效磁导率，实线为磁导率虚部，虚线为磁导率实部[14]图1-3(a)开口谐振环和金属线(b)该谐振器的传输谱图，其中实线表示SRR阵列[15]1.2超表面频谱调控器件研究现状得益于超表面的出现，太赫兹器件的瓶颈被打破，各种基于超表面的频谱调控器件如雨后春笋般出现。其中，吸波器和滤波器在军事、通信、成像、生物医学等领域中有
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹技术应用与发展研究[J]. 安国雨. 环境技术. 2018(02)
[2]超表面吸收特性的研究进展[J]. 于宏岩,张强,付淑芳,袁悦,周胜. 哈尔滨师范大学自然科学学报. 2017(06)
[3]太赫兹波通信技术研究现状及展望[J]. 李纪舟,蒋文涛. 通信技术. 2014(04)
[4]电路品质因数的计算[J]. 田社平,陈洪亮,张峰. 电气电子教学学报. 2010(04)
[5]谐振电路品质因数的计算[J]. 陆冬妹. 百色学院学报. 2009(06)
[6]隐身吸波材料的研究进展[J]. 张健,张文彦,奚正平. 稀有金属材料与工程. 2008(S4)
[7]基于方向滤波器消除遥感图像孤立条带噪声的方法[J]. 石光明,王晓甜,张犁,刘哲. 红外与毫米波学报. 2008(03)
[8]光的全反射中倏逝波的研究[J]. 李林,肖循. 武汉科技学院学报. 2006(12)
博士论文
[1]调控电磁特性超材料设计及其性能研究[D]. 程用志.华中科技大学 2015
[2]光子晶体和电磁超颖材料在太赫兹频段的应用研究[D]. 李胜.电子科技大学 2010
硕士论文
[1]基于超材料的带阻太赫兹滤波器设计与研究[D]. 陈康龙.北京交通大学 2018
[2]基于液晶调谐的太赫兹超材料滤波器研究[D]. 石爽.哈尔滨理工大学 2017
本文编号：3595706
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