基于柔性超材料的太赫兹频段滤波器研究

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在近几年时间里,太赫兹技术发展非常迅速。除了传统的太赫兹产生和太赫兹检测设备外,太赫兹滤波器、吸收器等能改善传输过程和性能的太赫兹器件也成为了研究的热点。因此,研究太赫兹滤波器的参数变化对性能的影响并设计出性能优秀的太赫兹滤波器成为了一大研究重点。超材料是一种具有特殊性质的人工合成材料。经过适当的设计,可以得到具有滤波器性能的超材料结构,超材料的出现为研究和设计太赫兹器件提供了极大的便利。本文主要通过理论分析以及软件仿真对基于柔性超材料的太赫兹滤波器进行设计与分析,讨论了多个参数对太赫兹滤波器性能的影响,并设计了一款性能优良的太赫兹滤波器。首先,通过阅读相关文献了解超材料的性质并利用MetalMUMPs工艺及相关知识在亚微米尺度下设计了多种单层太赫兹超材料结构,包括正方框型超材料结构、圆环型太赫兹超材料结构等。同时,对多层超材料结构构成滤波器的原理进行了分析和讨论,并根据单层结构设计了多种多层太赫兹超材料滤波器结构。然后,利用CST Microwave Studio仿真平台对单层和多层超材料结构进行了仿真,研究并讨论了多个参数对性能的影响,包括金属条的宽度与长度,单层金属结构之间的距离,多层金属结构两层之间的距离对滤波器性能的影响等。同时实现了多种带阻频率范围在0.5THz左右,吸收率均在95%以上,且上升沿平均斜率在115dB/THz的太赫兹滤波器,积累了大量的设计与仿真经验。最后,在此基础上,通过大胆创新,设计了一款性能优良的基于超材料的太赫兹带阻滤波器,并对其进行了仿真和分析。此滤波器的中心频率在1.45THz,具有1.5THz左右的带阻频率范围,并且在带阻频率范围内保持99.9%左右的吸收率峰值,且上升沿的平均斜率达到450dB/THz。此种超材料结构非常新颖,具有一定的借鉴意义和研究价值。
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