新型太赫茲導(dǎo)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(xué)價值和廣闊的應(yīng)用前景，是近年來科學(xué)研究的熱點領(lǐng)域之一。在太赫茲科學(xué)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(yīng)用的基礎(chǔ)。目前由于缺乏低損耗和低色散的導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)波結(jié)構(gòu)的太赫茲傳輸特性。推導(dǎo)了柱形G線導(dǎo)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(dǎo)波結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了錐形G線。利用數(shù)值積分的方法，推導(dǎo)了錐形G線導(dǎo)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(guān)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(dǎo)主模的特征方程，獲得了錐形G線導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)波結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上得到了介質(zhì)管加載金屬線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。從亥姆霍茲方程出發(fā)，采用場匹配法推導(dǎo)了波導(dǎo)表面波模式的基本場方程。通過求解特征值方程，推導(dǎo)了波導(dǎo)的能量分布表達式，結(jié)果表明該導(dǎo)

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(dǎo)率模型對波導(dǎo)損耗分析結(jié)果的影響，結(jié)果表明經(jīng)典弛豫效應(yīng)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(dǎo)波結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上得到了一種雙層空芯介質(zhì)管導(dǎo)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(dǎo)在太赫茲頻段的傳輸特性。考慮不同的結(jié)構(gòu)參

5、數(shù)，分析了波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)波結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上得到了一種屏蔽介質(zhì)雙縫隙導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。通過對波導(dǎo)橫截面進行分區(qū)建模，采用場匹