复合结构太赫兹窄带滤波器的研究

摘要

太赫兹波频率处于红外和微波之间，在成像、无损检测、通讯、光谱生化传感和安全检查等领域有着重要的应用。太赫兹通信及检测等应用领域迫切需要太赫兹窄带滤波及频分复用等损耗小、可集成的器件。太赫兹滤波器可以滤除太赫兹系统中环境噪声和不需要的频率成分，有效地提高工作效率和系统性能。近年来众多科研人员致力于太赫兹滤波器的研究，提出了种类繁多的太赫兹滤波器。其中波导型太赫兹滤波器由于具有结构简单、容易实现系统集成的优势而备受关注。本论文的工作就是以周期结构波导为基础设计体积小的复合结构窄带滤波器，与其它类型的滤波器相比，它具有更大的功率容量，更低的制造成本，还可以避免电磁辐射的干扰。论文具体研究内容如下：
　　对复合结构太赫兹窄带滤波器的理论基础进行了阐述。从麦克斯韦方程出发，在理论上对变截面周期结构波导中的电磁波传播特性进行了研究。对本论文中所采用的有限元研究方法进行了介绍。并给出了论文中所涉及到的变截面周期结构波导的仿真建模过程及数据分析方法。
　　这里共设计了三种复合结构太赫兹窄带滤波器，它们具有不同的滤波特性，分别为温度可调谐特性、机械可调谐特性和多通道的滤波特性。对组成它们的两种周期结构波导的结构参数进行了设计。研究了复合结构的滤波机理，在两种波导重合的频率区域内产生的透射峰，均是由于两种波导的结构不同，从而在连接处发生了局域共振，产生了一种界面态，使原来的禁带内出现了反常的透射现象，从而实现了滤波功能。研究了温度可调谐的复合结构窄带太赫兹滤波器周期个数对透射峰的影响及其温度特性等。这种复合结构波导的透射峰最窄带宽可达0.29 MHz、Q值为3.5×106，可以作为一种超窄带的太赫兹滤波器。对于机械可调谐的复合结构太赫兹窄带滤波器，研究了不同占空比组合下太赫兹波的传输特性，讨论了添加缺陷的影响。引入了两种机械调控结构，得到的最大调谐范围为175 GHz，最窄带宽为0.191 GHz的机械可调谐窄带滤波器。研究的多通道的复合结构太赫兹窄带滤波器，是一种“三明治”形式的复合结构波导，这种复合结构可以实现多通道窄带滤波功能，且最窄带宽仅为0.5 MHz。
　　总之，本文利用禁带中的反常透射现象设计了三种复合结构的太赫兹窄带滤波器，分析了反常透射现象的产生机理，研究了窄带滤波器的滤波特性。数值模拟表明，禁带中反常透射峰的最窄带宽可达到0.29 MHz。通过对滤波器材料和结构的设计，复合结构太赫兹窄带滤波器分别实现了温度调谐、机械调谐和多通道滤波的功能。这对于深入研究太赫兹器件与技术有着重要的参考意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 太赫兹滤波器的国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 复合结构太赫兹窄带滤波器的理论基础

2.1 滤波器的基本概念

2.2 变截面周期结构波导的电磁传播理论

2.3 复合结构太赫兹窄带滤波器的研究方法

2.4 本章小结

第3章 温度可调谐太赫兹窄带滤波器

3.1 温度可调谐太赫兹窄带滤波器的设计

3.2 温度可调谐太赫兹窄带滤波器特性的研究

3.3 温度可调谐太赫兹窄带滤波器的优化

3.4 本章小结

第4章 机械可调谐太赫兹窄带滤波器

4.1 机械可调谐太赫兹窄带滤波器的设计

4.2 机械可调谐特性的研究

4.3 本章小结

第5章 多通道太赫兹窄带滤波器

5.1 B-NB-B复合型多通道太赫兹窄带滤波器

5.2 NB-B-NB复合型多通道太赫兹窄带滤波器

5.3 多通道滤波机理的研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢