柔性太赫兹人工电磁吸波材料

论文摘要

太赫兹技术和人工电磁材料是上世纪末异军突起的两大新兴学科。在人类已经探索了电磁波谱中绝大多数领域之后,唯一空缺的太赫兹波段也正被越来越多科学家们所重视。而人工电磁材料则恰好为太赫兹波段的研究提供了重要的手段。由于其新奇的电磁特性,人为的调节能力,人工电磁材料能够弥补太赫兹波段功能材料和器件匮乏的现状。本论文研究的内容围绕太赫兹波段内具有柔性介质基底的人工电磁吸波材料展开。首先,我们将人工电磁材料应用于吸收电磁波能量的理论和实例做了必要的梳理。然后,我们提出了几种以简单几何形状的金属周期单元结构构成的人工电磁吸波材料的设计,并运用计算机全波仿真软件CST在太赫兹波段内对这些材料进行仿真实验。通过优化结构的仿真参数,我们设计的吸波材料能够在单个频点或多个频点吸收单极化或全极化的太赫兹波能量。其次,我们运用微加工工艺,以具有独立支撑能力的柔性聚酰亚胺材料为基底,制备了这些人工电磁吸波材料样品,并运用太赫兹时域光谱仪测量了它们的反射率,进而计算出其实际的吸波频谱响应。实验结果与仿真分析结果基本一致,验证了我们设计的人工电磁材料在太赫兹频段内具有高效的吸波能力。其中,所设计的具有四圆片阵列多谐振单元结构的人工电磁吸波材料具有全极化、宽入射角度、宽频带(仿真半峰宽达到45.6%)吸波能力。最后,我们在仿真环境下,探讨了太赫兹人工电磁吸波材料在增强辐射热检波器件灵敏度方面的能力；同时探讨了具备柔性基底的吸波材料在降低曲面导体雷达散射截面(RCS)的能力。后者的结果显示,包裹人工电磁吸波材料的金属圆柱比没有包裹此材料的圆柱,在0.63THz频率附近,单站RCS降低了大约90%,而总RCS降低了大约37%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第一节 太赫兹技术
• 1. 太赫兹技术的概念
• 2. 太赫兹技术的应用
• 第二节 人工电磁吸波材料
• 1. 人工电磁材料的概念
• 2. 人工电磁材料用于吸收电磁波
• 第三节 柔性薄膜型的太赫兹人工电磁材料
• 1. 以聚对二甲苯高分子薄膜材料作为柔性基底
• 2. 以苯并环丁烯树脂作为柔性基底
• 3. 以聚酰亚胺为柔性基底
• 4. 以对苯二甲酸乙二酯为柔性基底
• 第四节 本文的内容概要
• 參考文献
• 第二章 人工电磁吸波材料的理论和特性
• 第一节 人工电磁吸波材料的理论
• 1. 传统吸波材料理论
• 2. 人工电磁吸波材料理论
• 3. 吸波率
• 4. 菲涅耳公式
• 5. 人工电磁材料的等效电路模型
• 第二节 人工电磁吸波材料的特性
• 1. 厚度特性
• 2. 极化选择特性
• 3. 吸波率随入射角度变化的特性
• 4. 中心频率和带宽特性
• 第三节 小结
• 参考文献
• 第三章 太赫兹人工电磁吸波材料的设计和仿真
• 第一节 单谐振单极化单元结构
• 1. 渔网结构
• 2. 断线结构
• 第二节 单谐振双极化单元结构
• 1. 圆片结构
• 2. 方片结构
• 第三节 多谐振吸波结构
• 1. 并列断线结构
• 2. 阵列圆片结构
• 第四节 小结
• 参考文献
• 第四章 柔性太赫兹人工电磁材料的制备和实验
• 第一节 样品制备
• 1. 制备前的准备
• 2. 制备PI薄膜
• 3. 光刻
• 4. 淀积金属
• 5. 剥离（Lift off）
• 6. 揭开PI膜（Peel off）
• 7. 常见问题及解决方案
• 第二节 样品制备小结
• 第三节 实验工作
• 1. 太赫兹时域光谱仪简介
• 2. 实验方法及后续数据处理
• 3. 样品的测量结果分析
• 第四节 实验工作小结
• 参考文献
• 第五章 太赫兹人工电磁吸波材料的应用研究
• 第一节 人工电磁吸波材料在热辐射计上的应用
• 1. 太赫兹热辐射计的低灵敏度困境
• 2. 基于太赫兹人工电磁吸波材料的改进热辐射计研究
• 第二节 柔性太赫兹人工电磁吸波材料的圆柱曲面应用
• 1. RCS的概念
• 2. 吸波材料在圆柱曲面上的RCS仿真
• 3. 介质和导体圆柱的RCS解析解验证
• 第三节 小结
• 参考文献
• 第六章 结束语
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果目录