基于超表面的太赫兹波束偏转器的设计及研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:doujiazhi
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太赫兹波段的通讯或雷达技术将会成为未来6G技术的主导,而太赫兹波束偏转器(扫描器)是太赫兹雷达中的核心器件,尤其是透射式偏转器,相比于反射式偏转器有着更广泛的应用前景。目前由于透射式偏转器相比于反射式而言损耗更大,需要考虑基底材料,导致在太赫兹波段对透射式波偏转器研究的量要远远少于反射式的。而且目前已有的太赫兹波束偏转器相比于其它波段的偏转器,偏转效率明显偏低,且能够实现可调控功能的太赫兹偏转器较少。超材料非常适合作为太赫兹波段的波束偏转器件的核心,因为其对光波操纵的自由度相对于自然材料而言更大,尤其是二维的超材料(超表面),其更易制备,损耗更低。本课题旨在设计一种工作频带宽、偏转角度稳定、损耗低、容易生产且实用价值高的基于超表面的透射式太赫兹波束偏转器,并对移相单元性能与偏转器可控性进行探究。首先,移相单元作为相位梯度超表面中最基本的结构单元,其所能实现的功能可以直接决定整个偏转器的功能。首先设计移相单元的结构,要求移相单元中的共振器具有的功能为可以通过改变共振器参数进而改变共振器产生的散射波传播相位,之后对移相单元进行仿真分析,所设计的移相单元能够在x轴方向线偏振波垂直入射时散射出y轴方向偏振方向的偏振波,并且可以通过改变共振器结构的参数对三种共振模式的强度进行调节从而改变散射出的y偏振波的传播相位。其次,以电磁波的次波源理论以及广义斯涅耳定律为理论基础,利用设计出的移相单元结构构建出梯度移相阵列,并且通过理论计算算出在x线偏振波垂直入射到梯度移相阵列上时偏转器散射出的y偏振透射波能够实现的偏转角度,之后通过仿真以及实验表征两种方式去验证理论计算的结果正确性。最后通过仿真测试出我们所设计的偏转器的实际工作频率带宽。最后,研究移相单元排布方式对偏转器功能的改变,先是通过改变梯度移相单元的排布方式对偏转波的振幅起到了很好的调控效果,接着涡旋排布移相单元成功地构建了一阶右旋涡旋太赫兹相位板。在偏转器中引入了二氧化钒薄膜,探究了通过改变温度对于偏转波振幅可以起到的调控效果,且不会影响偏转角度,并设计了基于二氧化钒和金结合双正方形环共振器,并基于此设计出了温控实现偏转角度可切换的具有开关效应的太赫兹波偏转器。
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