基于频率选择表面的太赫兹滤波器的研究

摘要

本文根据频率选择表面(FSS)的理论分析，依据FSS在太赫兹频段能够实现电磁波的选择透过特性，提出了两种新的滤波器结构。一种是基于半导体锑化铟材料的太赫兹温度可调谐带阻滤波器，另一种是基于结合两种不同谐振单元的双频带太赫兹带通滤波器。本文的主要研究内容包括：
　　（1）提出一种工作在太赫兹频段，基于半导体锑化铟的FSS带阻滤波器。由于锑化铟材料介电常数能够随温度发生，所以该滤波器的谐振频率能够实现温度调节。同时，通过有限积分法和等效LMC电路模型分析了滤波器的几何参数对其谐振频率的影响，这两种方法得到的结果具有良好的一致性。在温度的取值范围是220K～350K时，滤波器的谐振频率能够从0.91THz动态调节到1.28THz，并且在这个温度范围内其阻带的透射系数得到了有效的抑制。该滤波器的透射系数在30o入射角范围内具有良好的稳定性，当入射波的角度产生改变时，它的谐振频率几乎没有发生偏移。本次研究的温度可调谐频率选择表面带阻滤波器将在太赫兹无线通信、传感等领域具有潜在的应用前景。
　　（2）提出一种工作在太赫兹频段的FSS双通带带通滤波器。该滤波器是一种金属平面上二维周期性排列的“H”型与环形缝隙组合构成的阵列。结果分析表明，对于设计谐振频率分别是0.62THz和1.07THz的带通滤波器，其通带的3dB带宽分别达到了0.2THz和0.3THz，在这两个通带内可以实现良好的传输特性。通过结构的电场分布能够很明确的看出，低频谐振频率主要是由环形缝隙结构产生，高频谐振频率是由“H”型缝隙结构产生的。该滤波器可以通过调节结构参数实现对两个通带谐振频率的独立调节，并且在两个谐振频率处的插损均小于0.45dB。该低损耗机械可调谐双通带带通滤波器能够应用于太赫兹传感与通信系统。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及其意义

1.2 太赫兹波与频率选择表面滤波器的研究现状

1.3 本文主要内容与创新点

第二章 滤波器与频率选择表面的理论基础

2.1 滤波器的性能指标及分类

2.2 滤波器的分析方法

2.3 频率选择表面的基本理论

2.4 本章小结

第三章 基于InSb的频率选择表面带阻滤波器的研究

3.1 可调带阻滤波器设计的基本理论

3.2 带阻滤波器的结构设计

3.3 带阻滤波器的仿真结果与性能分析

3.4 本章小结

第四章 基于频率选择表面的双频带带通滤波器的研究

4.1 双频带带通滤波器设计的基本理论

4.2 带通滤波器的结构设计

4.3 带通滤波器的仿真结果与性能分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

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