基于超材料相移特性的太赫兹波定向反射器研究

论文摘要

基于二维超材料的超表面结构器件具备低成本、轻便性、集成化等优势,在太赫兹频段具有重要得应用前景和价值。本文主要是对基于超表面的圆极化宽带反射器件开展了研究,重点研究了基于超表面单元的相位特性,以及由超表面单元构建的定向反射器和聚焦器。本文的主要工作如下:一是基于超表面结构的单元相位特性进行分析,在圆极化波作为馈源垂直入射的情况下,讨论基于金属-绝缘-金属（MIM）结构的超表面单元的介质层厚度、介电常数对于单元相位特性的影响,对比单环型金属贴片超表面和“一”字型金属贴片超表面反射效率,后者明显远远高于前者的反射相位,继而分析不同谐振点对单元的相位相应的影响,总结设计不同相位差的超表面单元的方法。二是开展了太赫兹超表面定向反射器理论和模拟研究。基于超表面单元的相位特性,构建了由90°到360°相位差的19个超表面单元组成线列结构和19×16阵列结构反射器,理论预期该反射器的反射角度为19.74°。模拟仿真研究表明,在0.35 THz-0.51 THz的频率范围内,其反射角度为20°,反射系数为0.72-0.86区间,具备较好的反射效率,仿真结果与理论预期基本一致。三是研究太赫兹超表面宽带聚焦反射器,设计出工作频段为0.37 THz-0.5THz,数值孔径为0.291,焦距为40 mm。单元的相位分别由采用几何相位旋转单元的相位和通过调整谐振点的谐振相位构成,可以相互叠加,两者不会相互影响,前者相位与工作频率无关,可构成聚焦反射器的基本相位,而后者与工作频率有关,用来补偿不同频率的相位色差。通过简化模型对超表面宽带聚焦反射器进行了仿真分析,模拟仿真结果与理论预期基本一致。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 本文的选题依据和意义
•   1.2 国内外研究现状和发展态势
•   1.3 论文的研究内容
•     1.3.1 对于太赫兹超材料单元特性的研究
•     1.3.2 设计超材料单元结构实现太赫兹信号异常反射
•   1.4 本文的内容安排
• 第二章 太赫兹超材料反射的理论基础
•   2.1 引言
•   2.2 电磁波传输的基本理论
•     2.2.1 电磁波基本定理-麦克斯韦方程组
•     2.2.2 圆极化电磁波的反射分析
•   2.3 电磁波传播广义的反射与折射定律
•   2.4 旋转阵列单元角度补偿相位
•   2.5 反射阵列的相移特性分析
•   2.6 阵列单元的设计方法
•   2.7 本章小节
• 第三章 阵列单元反射特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 厚度和介质对阵列单元反射特性的分析
•     3.2.1 阵列单元的单元参数介绍
•     3.2.2 阵列单元中的介质层厚度对单元反射的影响
•     3.2.3 阵列单元中的介电常数对单元反射特性的影响
•   3.3 阵列单元反射相位变化的基本要求
•   3.4 谐振频点对阵列单元的反射相位特性的影响
•     3.4.1 两谐振点对于阵列单元反射相位的影响
•       3.4.1.1 栅型金属贴片的两谐振点对反射相位的影响
•       3.4.1.2 “一”字型金属贴片单元的两谐振点对反射相位的影响
•     3.4.2 三谐振点对阵列单元反射相位的影响
•   3.5 补偿阵列单元的相位差的设计方法
•   3.6 本章小结
• 第四章 太赫兹超材料定向反射器反射特性研究
•   4.1 引言
•   4.2 太赫兹材超材料定向反射器的原理
•   4.3 太赫兹超材料定向反射器阵列单元的设计
•     4.3.1 阵列结构中超表面单元的参数与相位差
•     4.3.2 旋转金属贴片单元角度的相位补偿
•   4.4 太赫兹超材料宽带定向反射器反射特性仿真研究
•   4.5 本章小节
• 第五章 太赫兹超表面宽带聚焦反射器
•   5.1 引言
•   5.2 太赫兹超表面宽带聚焦反射器设计原理
•   5.3 太赫兹宽带聚焦反射器的设计和仿真
•   5.4 本章小节
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘华洋

导师: 杨梓强

关键词: 太赫兹,超材料,宽带,反射器,聚焦器

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,无线电电子学

单位: 电子科技大学

分类号: TB34;O441.4

总页数: 69

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