基于可重构人工微结构太赫兹阵列器件研究
发布时间：2020-12-07 11:16
太赫兹（THz）波因其在通信、成像和生物等方面的应用价值而引起了多方的关注。受馈源功率、大气衰减、天线增益等限制,太赫兹成像系统和无线通信系统都亟需具有大视场覆盖的高空间分辨率和方向自适应跟踪的动态波束可重构机制。太赫兹波束的可重构技术目前是太赫兹技术领域的研究重点。随着太赫兹光子学和固态源器件的发展,要求多频段、多模式的可重构系统具有亚波长尺度下的集成性、快速性和灵活性。本文首先将频率和极化状态这些电磁波基本属性作为重构条件,结合人工微结构（Metamaterials,人工电磁媒质）阵列实现对太赫兹波束的重构;为了实现太赫兹波束的动态编码调控,将高电子迁移率晶体管（HEMT）与人工微结构复合构成的异质结构作为编码单元动态重构太赫兹波束;在理论分析和仿真模拟的基础上,加工制备了样品,完成了实验验证。本论文主要成果与创新性如下:1、提出了具有宽带响应和正交偏振响应能力的电磁双模式谐振人工微结构,利用电磁两种谐振模式,拓宽了人工微结构的工作带宽,在200GHz频带范围内获得了良好的相移线性度;结合正交偏振响应特性构建了电磁双模式谐振的各向异性人工微结构,对正交偏振的电磁波表现出不同的相位响...
【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】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电磁波波谱图[1]
电子科技大学博士学位论文2使其在天文学、生物医学以及高分辨率成像和高速无线通信等科学与技术领域有着重要的应用前景。1.1.2太赫兹成像技术研究简介及现状高分辨率雷达成像技术正在积极开发，以满足民用和国防领域迫切的应用需求。工作在太赫兹频段的成像雷达是实现高分辨率、高帧频成像的重要途径[32-35]。与传统光学成像雷达相比，太赫兹成像雷达能穿透烟雾以及衣服等非金属或非极性物质，从而全天时全天候对目标进行探测[36-38]。与传统微波成像雷达相比，太赫兹成像雷达发射的太赫兹波多普勒频移大，角分辨率高，可以获得更加清晰的成像效果[39,40]。目前，太赫兹成像雷达主要使用实孔径和虚拟合成孔径来实现高分辨率成像。图1-2美国西北太平洋国家实验室成像雷达研究成果。（a）平面扫描系统及成像效果[41]；（b）圆周扫描系统及成像效果[42]国外很多研究机构和实验室在高频雷达成像技术方面进行了大量研究。1996年，美国西北太平洋国家实验室研制了一台带宽和中心频率分别为6GHz和30GHz的平面扫描毫米波雷达成像系统样机，如图图1-2（a）所示[41]，该系统共有128个线性阵元，只能实现二维扫描成像。另外，成像时需要对人体进行多次不同角度的
第一章绪论3扫描以获得多角度目标信息，因此极大的影响了成像速度。为提高扫描速度，该实验室对系统进行改进，将128个天线构成的天线线阵改为192个天线组成的线阵，同时采用圆周的扫描方式，基于这种圆周扫描技术，三维人体安检仪ProVision被美国L3公司研发出来，如图1-2（b）所示[42]。由于毫米波成像系统波长长且系统带宽有限，要实现高分辨率和高帧频成像有难度，因此太赫兹频段成像技术引起人们的广泛关注。美国加州喷气推进实验室率先在太赫兹成像领域做了一系列研究[39,43-46]。2008年，该实验室研制了一台载频为0.58THz的太赫兹连续波调频成像系统，如图1-3（a）所示[39]，其频率调制带宽为12.6GHz，分辨率为1.8cm。为进一步增加分辨率，2009年，该实验室研制了载频为0.6THz的太赫兹连续波线性调频成像系统，同时使用双轴反射镜对太赫兹波束进行聚焦，如图1-3（b）所示[45]，其最远工作距离为25m，分辨率达到1cm。为了突破成像分辨率到毫米级，该实验室将载频提高到0.675THz，如图1-3（c）所示[46]，其工作距离依然为25m，但其分辨率提高到了7mm。图1-3美国加州喷气推进实验室太赫兹成像结果。（a）0.58THz的太赫兹连续波调频成像系统及其实验结果[39]；（b）0.6THz的太赫兹连续波线性调频成像系统及其实验结果[45]；（c）0.675THz太赫兹连续波调频成像系统及其实验结果[46]
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹成像雷达系统研究进展[J]. 李大圣,邓楚强,刘振华,孙俊,金林. 微波学报. 2015(06)
[2]太赫兹科学技术的综述[J]. 梁培龙,戴景民. 自动化技术与应用. 2015(06)
[3]近场C-SAR成像系统关键技术研究[J]. 年丰,温鑫,杨于杰,冯克明. 现代防御技术. 2012(06)
[4]太赫兹科学技术及其应用的新发展[J]. 刘盛纲,钟任斌. 电子科技大学学报. 2009(05)
[5]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
本文编号：2903152
【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】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电磁波波谱图[1]
电子科技大学博士学位论文2使其在天文学、生物医学以及高分辨率成像和高速无线通信等科学与技术领域有着重要的应用前景。1.1.2太赫兹成像技术研究简介及现状高分辨率雷达成像技术正在积极开发，以满足民用和国防领域迫切的应用需求。工作在太赫兹频段的成像雷达是实现高分辨率、高帧频成像的重要途径[32-35]。与传统光学成像雷达相比，太赫兹成像雷达能穿透烟雾以及衣服等非金属或非极性物质，从而全天时全天候对目标进行探测[36-38]。与传统微波成像雷达相比，太赫兹成像雷达发射的太赫兹波多普勒频移大，角分辨率高，可以获得更加清晰的成像效果[39,40]。目前，太赫兹成像雷达主要使用实孔径和虚拟合成孔径来实现高分辨率成像。图1-2美国西北太平洋国家实验室成像雷达研究成果。（a）平面扫描系统及成像效果[41]；（b）圆周扫描系统及成像效果[42]国外很多研究机构和实验室在高频雷达成像技术方面进行了大量研究。1996年，美国西北太平洋国家实验室研制了一台带宽和中心频率分别为6GHz和30GHz的平面扫描毫米波雷达成像系统样机，如图图1-2（a）所示[41]，该系统共有128个线性阵元，只能实现二维扫描成像。另外，成像时需要对人体进行多次不同角度的
第一章绪论3扫描以获得多角度目标信息，因此极大的影响了成像速度。为提高扫描速度，该实验室对系统进行改进，将128个天线构成的天线线阵改为192个天线组成的线阵，同时采用圆周的扫描方式，基于这种圆周扫描技术，三维人体安检仪ProVision被美国L3公司研发出来，如图1-2（b）所示[42]。由于毫米波成像系统波长长且系统带宽有限，要实现高分辨率和高帧频成像有难度，因此太赫兹频段成像技术引起人们的广泛关注。美国加州喷气推进实验室率先在太赫兹成像领域做了一系列研究[39,43-46]。2008年，该实验室研制了一台载频为0.58THz的太赫兹连续波调频成像系统，如图1-3（a）所示[39]，其频率调制带宽为12.6GHz，分辨率为1.8cm。为进一步增加分辨率，2009年，该实验室研制了载频为0.6THz的太赫兹连续波线性调频成像系统，同时使用双轴反射镜对太赫兹波束进行聚焦，如图1-3（b）所示[45]，其最远工作距离为25m，分辨率达到1cm。为了突破成像分辨率到毫米级，该实验室将载频提高到0.675THz，如图1-3（c）所示[46]，其工作距离依然为25m，但其分辨率提高到了7mm。图1-3美国加州喷气推进实验室太赫兹成像结果。（a）0.58THz的太赫兹连续波调频成像系统及其实验结果[39]；（b）0.6THz的太赫兹连续波线性调频成像系统及其实验结果[45]；（c）0.675THz太赫兹连续波调频成像系统及其实验结果[46]
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹成像雷达系统研究进展[J]. 李大圣,邓楚强,刘振华,孙俊,金林. 微波学报. 2015(06)
[2]太赫兹科学技术的综述[J]. 梁培龙,戴景民. 自动化技术与应用. 2015(06)
[3]近场C-SAR成像系统关键技术研究[J]. 年丰,温鑫,杨于杰,冯克明. 现代防御技术. 2012(06)
[4]太赫兹科学技术及其应用的新发展[J]. 刘盛纲,钟任斌. 电子科技大学学报. 2009(05)
[5]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
本文编号：2903152
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