基于频率选择表面的高功率太赫兹带阻滤波器研究

摘要

频率选择表面（FSS）作为无限大平面周期金属结构，一般由贴片或孔径单元结构按照某种特定的排列方式构成单层、双层或者多层的周期性结构。当平面电磁波入射到无限大平面周期金属结构时，不同金属结构表面产生的感应电流不一样，一般贴片型FSS周期结构表面会发生全反射（带阻）；孔径型（缝隙）FSS周期结构表面会发生全透射（带通）。此时的入射电磁波频率为谐振频率。FSS对空间平面电磁波具有选择作用，同时可以工作在太赫兹频段，因此 FSS可以设计成太赫兹空间滤波器。由于对不同频率、极化方式、入射角度的电磁波具有频率选择的特性，FSS在电磁领域得到了广泛的应用。
　　本文对频率选择表面的基本概念和原理进行了简要的介绍，以及对频率选择表面应用于回旋管和准光模式变换器进行了介绍，分析了影响FSS传输特性的各种因素。设计得到了应用于回旋管的基于FSS的太赫兹空间滤波器。
　　（1）应用于同轴双电子注回旋管基于FSS的0.11 THz带阻、0.22 THz带通的空间滤波器的设计：详细分析了极化方式、大入射角度、FSS金属屏数等因素对传输特性的影响，设计得到的应用于同轴双电子注回旋管的FSS空间滤波器，在0.11THz处的衰减为29 dB，而在0.22 THz处的衰减只有0.23dB，在±45degree内传输特性在实验要求可接受范围内。
　　（2）应用于二次谐波回旋管基于FSS的0.22 THz带阻、0.42 THz带通的空间滤波器的设计：详细分析了极化方式、大入射角度、FSS金属屏数等因素对传输特性的影响，设计得到的应用于二次谐波回旋管FSS在0.22THz处的衰减为20dB，而在0.42THz处的衰减只有0.2dB，在±40degree内传输特性在实验要求可接受范围内。
　　采用微纳光刻技术对基于FSS的太赫兹空间滤波器进行加工。利用英国TERAVIEW公司TPS3000型号的太赫兹时域光谱仪，对基于FSS的0.11THz带通、0.22THz带阻的太赫兹滤波器进行测试，传输系数的测试结果与理论仿真结果基本吻合，但由于微纳光刻技术中加工精度问题，导致实物FSS传输系数的测试结果与理论仿真结果存在微小的误差。

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第一章 绪论

1.1 频率选择表面简介

1.2 太赫兹科学技术简介

1.3 本论文研究内容及主要工作

第二章 频率选择表面分析方法及其传输特性

2.1 FSS的分类及滤波特性

2.2 频率选择表面滤波机理及影响因素

2.3 影响FSS传输特性的因素

2.4 FSS理论分析方法

第三章 应用于回旋管和准光模式变换器的FSS设计

3.1 介质基底和金属材料的选取

3.2 应用于同轴双电子注回旋管FSS设计

3.3 应用于二次谐波回旋管FSS设计

第四章 FSS加工及测试

4.1 微纳光刻技术

4.2 加工FSS实物

4.3 FSS测试

4.4 FSS误差分析

第五章 总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果