红外贴片天线的热辐射性质研究
发布时间：2021-01-03 04:55
光学天线具有小于光波长的物理尺寸和微结构调控的光学性质,在中红外波段能实现红外吸收和辐射性能的操纵,因此在红外探测成像、隐身伪装及辐射致冷等领域具有广阔的应用前景。本论文对贴片天线的红外辐射特性进行了深入研究,设计并制备了不同几何尺寸的贴片天线样品,实验测试结果表明通过几何尺寸的改变能够实现红外辐射波长在4-6μm范围内的任意变化,此外论文还探究了石墨烯可调材料对天线样品红外辐射的动态调谐效应。论文研究结果对于发展红外辐射特性可变的人工结构材料具有研究价值。论文的主要研究工作包括:（1）基于有限元数值计算方法,建立了红外贴片天线仿真模型,设计了红外辐射特性可控的贴片天线。论文利用高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator,HFSS）分别设计了静态可调和动态可调的圆盘贴片天线。其中静态可调的圆盘贴片天线由300 nm Cu、100 nm ZnSe和半径为0.4-0.6μm的Au圆盘阵列组成,动态可调的圆盘贴片天线由在静态可调圆盘贴片天线中引入石墨烯构成,其中石墨烯位于介质层和Au圆盘之间。仿真结果表明当圆盘直径变化时,静态可调圆盘贴片天线的辐射峰...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空间中半无限大的金属-介质界面[6]
第二章天线的热辐射基础理论9xiEzezEx,（2-9）经过麦克斯韦方程组和边界条件的求解，最终可以得到传播模式的表面电磁波的色散关系为mdmdxkk0（2-10）其中，ck0为真空中的电磁波波矢。同时，也可求得表面电磁波在金属-介质界面上的波长和衰减长度，分别以sp和spL表示。mddsp10（2-11）2302mdmdmmspkL（2-12）其中，m和m分别表示金属介电常数的实部和虚部。表面电磁波的电场分布在金属-介质界面的分布如下图2-2所示。图2-2SPP在介质和金属中的穿透深度曲线从上图中我们可以看到，表面增强场在金属中的穿透深度和场强的覆盖范围要比在介质中的小的多，可见SPP的能量主要集中在介质层中。但是自由电子气的疏密波只能在金属中形成，由于表面电磁波是自由电子气疏密波产生的，那么表面电磁波的波动方程同样适用于自由电子气疏密波，即具有同样的波长和频率。其实我们还可以从（2-10）波矢公式中定义出一个金属-介质界面的有效介电常数
电子科技大学硕士学位论文10dm，其公式如下。mdmddm（2-13）这个金属-介质界面的有效介电常数不只是适用于SPP模式，同样适用于LSP模式。图2-3矩形三维谐振腔之前我们提到，局域表面等离子体激元的激发不需棱镜和光栅，但同样其局限性在于有效金属-介质界面必须是有限的，换句话说就是要有谐振腔能够使自由电子气实现疏密波。所以在此，我们先要了解光学谐振腔原理。光学谐振腔是激光器不可缺少的部分，它的作用是提供激光震荡所必须的负反馈，选择震荡模式，并且为激光输出腔外提供一定的耦合。如图2-3所示，考虑一个长、宽、高分别为a、b、l矩形谐振腔中的本征模式，麦克斯韦方程的本征解的电场分量为：tiztiytixpnmpnmpnmezlpybnxamEtzyxEezlpybnxamEtzyxEezlpybnxamEtzyxE,,,,,,sincossin,,,sinsincos,,,cossinsin,,,000（2-14）其中，波矢zzyyxxekekekk，amkx，bnky，lpkz，pnm)3,2,1,0,,(，谐振角频率为：222,,zyxpnmkkkcck（2-15）式（2-14）表明在x，y，z三个方向上，在腔壁上，电场分量为零。每一个本征模
【参考文献】：
期刊论文
[1]一个适用于数值计算的金属色散模型分析研究[J]. 苏杰,孙诚,王晓秋. 光电子.激光. 2013(02)
[2]红外热成像技术在震后房屋损坏快速鉴定中的应用研究[J]. 李志强,代博洋,李晓丽,何萍. 震灾防御技术. 2012(01)
[3]微米/纳米尺度热科学与工程学中的若干重要问题及进展[J]. 刘静. 物理. 2001(07)
[4]国际传热研究前沿──微细尺度传热[J]. 过增元. 力学进展. 2000(01)
博士论文
[1]微结构表面红外热辐射特性调控方法研究[D]. 黄金国.南京理工大学 2015
[2]光学天线特性的研究[D]. 杨景.北京大学 2008
硕士论文
[1]基于VO2的红外热辐射主动调控材料及结构研究[D]. 孙睿智.电子科技大学 2019
[2]基于石墨烯表面等离子激元的近场热辐射的研究与测量[D]. 杨将.浙江大学 2018
[3]石墨烯红外探测性能研究[D]. 李凯.电子科技大学 2018
[4]基于二氧化钒的中红外等离子体天线调谐特性研究[D]. 李昊阳.电子科技大学 2018
本文编号：2954356
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空间中半无限大的金属-介质界面[6]
第二章天线的热辐射基础理论9xiEzezEx,（2-9）经过麦克斯韦方程组和边界条件的求解，最终可以得到传播模式的表面电磁波的色散关系为mdmdxkk0（2-10）其中，ck0为真空中的电磁波波矢。同时，也可求得表面电磁波在金属-介质界面上的波长和衰减长度，分别以sp和spL表示。mddsp10（2-11）2302mdmdmmspkL（2-12）其中，m和m分别表示金属介电常数的实部和虚部。表面电磁波的电场分布在金属-介质界面的分布如下图2-2所示。图2-2SPP在介质和金属中的穿透深度曲线从上图中我们可以看到，表面增强场在金属中的穿透深度和场强的覆盖范围要比在介质中的小的多，可见SPP的能量主要集中在介质层中。但是自由电子气的疏密波只能在金属中形成，由于表面电磁波是自由电子气疏密波产生的，那么表面电磁波的波动方程同样适用于自由电子气疏密波，即具有同样的波长和频率。其实我们还可以从（2-10）波矢公式中定义出一个金属-介质界面的有效介电常数
电子科技大学硕士学位论文10dm，其公式如下。mdmddm（2-13）这个金属-介质界面的有效介电常数不只是适用于SPP模式，同样适用于LSP模式。图2-3矩形三维谐振腔之前我们提到，局域表面等离子体激元的激发不需棱镜和光栅，但同样其局限性在于有效金属-介质界面必须是有限的，换句话说就是要有谐振腔能够使自由电子气实现疏密波。所以在此，我们先要了解光学谐振腔原理。光学谐振腔是激光器不可缺少的部分，它的作用是提供激光震荡所必须的负反馈，选择震荡模式，并且为激光输出腔外提供一定的耦合。如图2-3所示，考虑一个长、宽、高分别为a、b、l矩形谐振腔中的本征模式，麦克斯韦方程的本征解的电场分量为：tiztiytixpnmpnmpnmezlpybnxamEtzyxEezlpybnxamEtzyxEezlpybnxamEtzyxE,,,,,,sincossin,,,sinsincos,,,cossinsin,,,000（2-14）其中，波矢zzyyxxekekekk，amkx，bnky，lpkz，pnm)3,2,1,0,,(，谐振角频率为：222,,zyxpnmkkkcck（2-15）式（2-14）表明在x，y，z三个方向上，在腔壁上，电场分量为零。每一个本征模
【参考文献】：
期刊论文
[1]一个适用于数值计算的金属色散模型分析研究[J]. 苏杰,孙诚,王晓秋. 光电子.激光. 2013(02)
[2]红外热成像技术在震后房屋损坏快速鉴定中的应用研究[J]. 李志强,代博洋,李晓丽,何萍. 震灾防御技术. 2012(01)
[3]微米/纳米尺度热科学与工程学中的若干重要问题及进展[J]. 刘静. 物理. 2001(07)
[4]国际传热研究前沿──微细尺度传热[J]. 过增元. 力学进展. 2000(01)
博士论文
[1]微结构表面红外热辐射特性调控方法研究[D]. 黄金国.南京理工大学 2015
[2]光学天线特性的研究[D]. 杨景.北京大学 2008
硕士论文
[1]基于VO2的红外热辐射主动调控材料及结构研究[D]. 孙睿智.电子科技大学 2019
[2]基于石墨烯表面等离子激元的近场热辐射的研究与测量[D]. 杨将.浙江大学 2018
[3]石墨烯红外探测性能研究[D]. 李凯.电子科技大学 2018
[4]基于二氧化钒的中红外等离子体天线调谐特性研究[D]. 李昊阳.电子科技大学 2018
本文编号：2954356
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/2954356.html
