应用于高功率环境下的超材料吸波器设计文献综述

 2023-08-10 09:08

文献综述(或调研报告):

本次毕设课题为“应用于高功率环境下的超材料吸波器设计”,针对超材料特性以及行波管进行了文献调研。

论文(1)介绍了行波管在无线通信历史和太空探索中的作用,介绍了引导其发明的各种情况和背景,介绍了它在微波广播中继和卫星电视广播的全球范围(特别是在欧洲)中的发展。还讨论其对空间应用的实际贡献及其概念。

论文(2)介绍了超材料MTM其独特的性质,例如负折射率,反向多普勒效应和反向Cherenkov辐射。通过MTM来激发的VED,从而相对传统的VED(例如行波管,后向波振荡器和速调管)具有非常显著的优势,例如更小尺寸,更高功率,更高效率和更大的增益相关性。类似地,相对于传统的加速器,受MTM激发的加速器具有明显的优势,例如较小的尺寸和较高的加速率。此外,受MTM激发的设备在雷达,通信,电子战,微波加热和成像等领域具有广阔的应用前景。

论文(3)综述了近年来的对于宽带超材料完美吸收体(BMMPAs)研究进展:产生宽带吸收的方法及其潜在的应用。介绍了实现BMMPAs的四种主流方法,包括平面和垂直单元布置、它们与集总单元的焊接以及等离子体纳米复合材料的使用,并对其他不太常见的方法进行了描述。在此基础上,综述了BMMPA在太阳能光伏、光电探测、测辐射热和机械共振控制等方面的应用。

论文(4)提出并论证了截面非对称结构的概念和设计,这种结构可以在保持其他固有优势的前提下控制超材料吸收体的工作带宽。设计了一个宽频带太赫兹完美吸收体来证实它的有效性。吸收器的每个单元集成了四个截面不对称的环,整个由Au和Si3N4组成的结构只有1.9mu;m厚。仿真结果表明,与传统方环吸收器相比,吸收率大于90%的带宽可扩展约2.8倍。可组合的小单元、超薄、宽带吸收,偏振和入射角不敏感,使其适合于焦平面阵列太赫兹成像的应用。

论文(5)提出了一种偏振不敏感的宽带太赫兹(THz)超材料吸收体,其由若干圆形和菱形金属片作为单元和由聚酰亚胺介电层隔开的金属接地板组成,通过增加不同尺寸的圆形和菱形贴片的数量,使每个贴片的谐振频率足够接近并合并在一起,从而使吸收体的工作带宽变宽。模拟结果表明,吸收带宽在0.22~0.33thz的宽频带范围内,在0.3035thz时吸收率最高可达99.93%。半峰全宽可达0.155太赫兹,吸收率大于80%的带宽为0.1315太赫兹。

论文(6)阐明了超表面调控波束的物理机理,叙述超表面的发展历程,即从实现超表面到提高有效分量和动态可调超表面的研究过程,总结了超表面透镜、超表面偏振器、表面等离子体激元调控等功能器件,并对超表面有待解决的问题以及今后的发展趋势进行了探讨。

论文(7-10)各自介绍了一种超材料吸波结构:第一篇文献设计了一种工作于电磁波平行入射情况下的多波段连通矩形谐振环结构单元左手材料吸波结构,并且用CST 2015软件进行了详细的了结构的传输特性,最后通过将实际实验的结果与软件测试的结果进行相应的比较,分析了差异产生的原因。第二篇文献首先介绍了超材料和吸波材料的背景以及核心问题,然后综述了超材料吸波结构的研究进展,最后介绍了论文的主要工作及其创新点。第三篇文献主要论述了吸波材料的吸波机理以及对其吸波结构的吸波特性的研究,通过CST软件设计了一种太赫兹四波段超材料吸波结构,并分析了它的性能,从而向读者展示了吸波结构的中间介质层对于整体性能的影响。最后一篇设计了一种“T”型结构的超材料太赫兹吸收器, 同时获得了太赫兹多频吸收器和太赫兹波宽频可调谐吸收器. 它们结构参数一致, 唯一的区别是在太赫兹波宽频可调谐吸收器的顶端超材料层上添加了一块方形光敏硅. 这种吸收器都是三层结构, 均由金属基板、匹配电介质层以及顶端超材料层组成. 仿真结果表明, 太赫兹波多频吸收器拥有6 个吸收率超过90% 的吸收峰, 其平均吸收率高达96.34%. 而太赫兹波宽频可调谐吸收器通过改变硅电导率, 可以控制吸收频带的存在与否, 同时可以调整吸收峰的频率位置, 使吸收峰频率在一个频带宽度大约为30 GHz 的范围内调整. 当硅的电导率为1600 S/m 时, 吸收率超过90% 的频带宽度达到240 GHz, 而且其峰值吸收率达到99.998%.

论文(11)基于不同形状和大小的谐振环对电磁场具有不同的响应原理,设计了对4个频带具有电磁响应的、由圆形谐振环结构组成的太赫兹吸收器.采用时域有限差分法(FDTD)研究了该吸收器的特性,通过改变顶层金属环形图案几何尺寸、中间层电介质厚度以及顶层金属圆环处的硅电导变化率,对太赫兹多频带吸收器进行设计与仿真.在耦合后的多频吸收器的吸收峰中,低频部分被完美吸收,高频部分吸收率由70%增至94%.同时,随着电导率变化,低频分别从0.775THz和1.064THz移动到0.697THz和1.017Thz,分别移动了78GHz和47Ghz,实现了连续频率调谐.

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