基于新材料的太赫兹移相特性的研究

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随着太赫兹应用技术的发展,具有相位连续可调特性的太赫兹移相器愈发重要。当下,国内和国外对移相器的研究主要从以下两个方面入手:可调材料、先进工艺。可调的新材料有很多种,包括石墨烯、液晶等,液晶作为一种各向异性、受电压偏置控制的双折射材料,非常适合应用于太赫兹移相器中。本文基于液晶材料的传输线结构开展了太赫兹移相器的理论分析与仿真模拟研究。本文首先对基于液晶材料的微带线结构的太赫兹移相器进行研究,设计出模型,进行仿真,研究影响移相器模型的移相特性的因素,并对微带线结构中的信号线宽度、信号线弯折处切角长度、液晶层厚度这几个要素进行优化仿真。由于微带线在高频段存在损耗大且容易激励高次模等问题,模拟结果虽然在320GHz处移相器的相移量达到了102°/mm,但是插损达到了-2.5dB。为了解决基于液晶微带线太赫兹相移器中存在的问题,探索研究了基于液晶材料的共面波导型太赫兹移相器,重点分析了槽宽、液晶层厚度、挖槽深度对移相器移相性能的影响,并进行优化仿真,插损比为微带线结构的太赫兹液晶移相器显著降低,但是相移量过小,只有33°/mm。为了获得足够相移量同时具有较小的插损,本文又设计了基于液晶材料的人工表面等离子体激元结构的太赫兹移相器,通过特殊的周期性表面结构的理想导体来激发表面波,在液晶中传播参与调相,从平面上看此移相器由共面波导结构、共面波导到人工表面等离子体激元波导的过渡结构、人工表面等离子体激元波导构成。本文重点分析了人工表面等离子体激元单元结构尺寸对其色散曲线的影响,以及人工表面等离子体激元单元结构、液晶层厚度、偏置电路对移相器的移相特性的影响,并且进行优化仿真,得出最优化的结构。基于液晶材料的人工表面等离子体激元结构的太赫兹移相器的插损达到了-1.9dB,相移量也增大到55°/mm。
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