基于柔性介质太赫兹环偶极子超材料研究设计

论文摘要

环偶极子是一种基本的电磁响应,它具有很多新颖的电磁特性,但其响应较弱,经常被其它电/磁响应掩盖。超材料的出现,为研究环偶极子提供了有效手段。本文针对环偶极子现象在太赫兹波段的电磁特性,借助CST MICROWAVE STUDIO软件进行模型设计与仿真,并进行加工测试进行实验验证。首先设计研究了基于柔性介质聚酰亚胺(Polyimide,PI)的太赫兹环偶极子超材料。通过对方形开口谐振环(SRR)与圆形SRR两种结构进行数值模拟,发现存在两个明显的谐振点;利用多极矩散射能量公式定量分析双频谐振点的响应机制;研究不同结构参数对谐振点、Q值、表面电流、磁场分布的影响,发现结构参数的变化使得谐振点出现红移、蓝移的现象,Q值也随之改变。其次为了简化制作过程,提高样品的质量,将两层的C型SRR超材料结构简化为单层的C型SRR超表面结构。利用模拟仿真设计并优化了基于柔性介质PI的单频环偶极子响应,并制备了相应的样品;利用多极矩公式和场分析,证明了谐振点的响应机制是环偶极子响应;利用推导出的LC谐振频率公式定量的解释了开口角度(θ)和外环半径(QR)的增加使谐振点分别出现蓝移和红移现象的原因;通过对比单双层金属层超材料电磁特性发现随着金属层的增多,带宽减小Q值增大。最后研究了基于柔性介质聚酯薄膜(Mylar)具有相同单层C型SRR结构超表面的双频环偶极子响应。利用多极矩公式计算出散射能量,证明了低频和高频谐振点的主要贡献是环偶极矩(Ty)提供的;利用LC电路模型定量的解释了随着θ增大谐振点蓝移,也证明了计算和仿真的准确性;通过计算不同外环半径(QR)的Q值和FoM值,发现其Ty与FoM值有很好的一致性,也解释了由于Ty的增加和辐射损失的减少导致高频Q值高于低频Q值的原因;通过介质材料对比发现,Mylar与PI两种介质材料都能够很好地反映出C型SRR超表面的特性,同时基于PI介质的Q值较高。基于柔性介质的太赫兹超材料结构为研究环偶极子的特性提供了新的方案,也为设计吸波器、传感器等太赫兹功能器件提供了方向。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵崤利

导师: 王爽

关键词: 太赫兹,超材料,环偶极子,柔性介质

来源: 天津职业技术师范大学

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: 天津职业技术师范大学

分类号: TB34;O441.4

DOI: 10.27711/d.cnki.gtjgc.2019.000039

总页数: 50

文件大小: 3336K

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