新型太赫茲導波結(jié)構(gòu)特性研究.pdf

1、太赫茲波介于毫米波與紅外線之間，具有與其它頻段的電磁波不同的性質(zhì)，這使它在雷達成像、材料分析以及大容量通訊等多個方面具有重大的科學價值和廣闊的應用前景，是近年來科學研究的熱點領域之一。在太赫茲科學的發(fā)展過程中，太赫茲傳輸線的研究是最不可或缺的一部分，是太赫茲頻段開發(fā)和應用的基礎。目前由于缺乏低損耗和低色散的導波結(jié)構(gòu)，太赫茲技術(shù)的發(fā)展受到很大的限制，因此研究和開發(fā)高性能的新型太赫茲導波結(jié)構(gòu)具有非常積極和重要的意義。本文的主要研究內(nèi)容包含以

2、下幾個方面：
　　1、基于索末菲模型，分析了柱形G線以及錐形G線導波結(jié)構(gòu)的太赫茲傳輸特性。推導了柱形G線導波結(jié)構(gòu)的能量分布表達式，并分析了不同材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)對柱形G線在太赫茲頻段的傳輸特性的影響。為了增強能量聚集特性，在柱形G線導波結(jié)構(gòu)的基礎上提出了錐形G線。利用數(shù)值積分的方法，推導了錐形G線導波結(jié)構(gòu)的能量分布方程。通過求解傳播模的特征值方程以及能流關系，分析了錐形G線在0.1-1THz頻段的電場分布和能量束縛能力，結(jié)果表明錐形G

3、線能夠在太赫茲頻段實現(xiàn)超強能量聚集特性。通過求解80-500K溫度下波導主模的特征方程，獲得了錐形G線導波結(jié)構(gòu)在0.1-1THz頻段的能量分布情況，結(jié)果顯示該導波結(jié)構(gòu)在低溫下具有很好的傳輸特性。
　　2、利用具有不同折射率的介質(zhì)之間存在電磁波反射的特性，在G線導波結(jié)構(gòu)的基礎上得到了介質(zhì)管加載金屬線導波結(jié)構(gòu)。從亥姆霍茲方程出發(fā)，采用場匹配法推導了波導表面波模式的基本場方程。通過求解特征值方程，推導了波導的能量分布表達式，結(jié)果表明該導

4、波結(jié)構(gòu)在太赫茲頻段具有比G線更低的傳輸損耗和色散，更強的場約束能力。理論計算了不同金屬電導率模型對波導損耗分析結(jié)果的影響，結(jié)果表明經(jīng)典弛豫效應模型能更準確的反映金屬表面參數(shù)在太赫茲頻段的變化。
　　3、為了獲得更強的能量聚集特性，利用介質(zhì)材料對電磁能量吸收能力的不同，在單層空芯介質(zhì)管導波結(jié)構(gòu)的基礎上得到了一種雙層空芯介質(zhì)管導波結(jié)構(gòu)，并建立了折射率模型。通過理論建模以及求解特征方程，研究了波導在太赫茲頻段的傳輸特性?？紤]不同的結(jié)構(gòu)參

5、數(shù)，分析了波導在太赫茲頻段的色散變化情況，并利用太赫茲時域光譜系統(tǒng)對單層和雙層空芯介質(zhì)管的有效折射率及這兩種導波結(jié)構(gòu)之間的能量幅值比值隨頻率的變化情況進行了實驗分析。實驗結(jié)果與理論分析結(jié)果均顯示雙層空芯介質(zhì)管具有比單層空芯介質(zhì)管導波結(jié)構(gòu)更強的能量聚集特性，并且隨著頻率的增加，波導的色散逐漸減弱。
　　4、利用介質(zhì)板對電磁波的反射特性，在介質(zhì)縫隙導波結(jié)構(gòu)的基礎上得到了一種屏蔽介質(zhì)雙縫隙導波結(jié)構(gòu)。通過對波導橫截面進行分區(qū)建模，采用場匹