太赫兹波段多层石墨烯及衬底电磁特性研究

论文摘要

太赫兹波位于微波和可见光之间,在高速率、大容量、高安全性和保密性的空间通信范畴有着重要的理论和应用价值。作为一种新型纳米材料,石墨烯具有独特的电磁学、光学等性质。尽管单层石墨烯的太赫兹电导率是可调的,但经过多层石墨烯的堆叠或者添加衬底等方式能够拓展石墨烯在太赫兹波段的应用范畴,增加设计的自由度。本文对太赫兹波段的单层石墨烯电导率形式进行比较,分析了石墨烯电导率三种不同形式的适用范围,并采用Kubo公式对多层石墨烯电导率形式进行研究,理论表明随机堆叠的多层石墨烯可以看做无耦合的单层石墨烯的叠加;利用矢量拟合法,将多层石墨烯频域的表面电导率和阻抗展开成有理分式和的形式,便于后续实现时域表面阻抗与电流、时域表面电导率和磁流卷积。在多层石墨烯表面建立时域积分方程,然后进行空间测试和时间测试建立矩阵方程,通过求解矩阵方程分析多层石墨烯在太赫兹波段的电磁特性;同时计算了不同层数石墨烯在太赫兹波段的透射系数。在此基础上,对多层石墨烯添加氧化锌衬底,组成多层石墨烯及衬底结构,采用阶数步进时域积分方程方法分析多层石墨烯及衬底在太赫兹波段的电磁特性,获得晚时稳定的电流和磁流,得到其在太赫兹波段的雷达截面积和消光截面积。将数值计算结果与商业软件仿真结果进行对比,数据结果验证了该方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 研究历史与现状
•   1.3 论文章节安排
• 第二章 石墨烯的基础光学性质
•   2.1 石墨烯的Kubo公式电导率
•     2.1.1 积分与分离形式的电导率公式对比
•     2.1.2 带间电导率和带内电导率分析
•   2.2 石墨烯的Drude形式电导率
•   2.3 石墨烯的随机相位近似形式电导率
•   2.4 石墨烯相对介电常数
•   2.5 本章小结
• 第三章 多层石墨烯电磁特性分析
•   3.1 多层石墨烯电导率模型
•   3.2 矢量拟合法
•     3.2.1 矢量拟合法基本原理
•     3.2.2 数值结果与分析
•   3.3 矢量拟合法分析多层石墨烯结构
•     3.3.1 多层石墨烯电导率计算
•     3.3.2 多层石墨烯阻抗计算
•   3.4 多层石墨烯散射特性分析
•     3.4.1 雷达截面积的计算
•     3.4.2 消光截面积的计算
•   3.5 多层石墨烯及衬底电导率计算
•   3.6 多层石墨烯透射特性分析
•   3.7 本章小结
• 第四章 多层石墨烯及衬底模型散射特性分析
•   4.1 时域积分方程法基础
•     4.1.1 矩量法基本原理
•     4.1.2 空间、时间基函数
•     4.1.3 时域积分方程的建立
•   4.2 时域积分方程法分析多层石墨烯及衬底结构
•   4.3 数值结果与仿真
•     4.3.1 雷达截面积的计算
•     4.3.2 消光截面积的计算
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 研究工作总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘华忠

导师: 王全全

关键词: 太赫兹,多层石墨烯,衬底,矢量拟合,时域积分方程

来源: 南京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,化学,无线电电子学

单位: 南京邮电大学

分类号: O441.4;O613.71

DOI: 10.27251/d.cnki.gnjdc.2019.000344

总页数: 66

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