太赫兹FSS带通滤波器的设计

摘要

太赫兹波位于毫米波与光波之间，处于电子学向光子学的过渡区域，频率范围为0.1THz-10THz。太赫兹波具有相干性、低能性、穿透性、瞬时性等优点，所以太赫兹技术越来越受到世界各国的重视。太赫兹系统也在医疗、检测、通信、安全等方面起到了举足轻重的作用。滤波器是太赫兹系统中的关键器件，所以太赫兹波段滤波器的研究和设计显得尤为重要。
　　本文利用频率选择表面的滤波特性设计了太赫兹通信系统的滤波器。首先对滤波特性的物理机制进行了简介，并介绍了多种电磁场数值分析方法，例如：等效电路法、时域有限差分法、谱域法、矩量法等。然后介绍了如何使用HFSS软件设计和仿真FSS滤波器，主要包括三大流程，谐振单元选择，组阵设计和参数优化。通过使用HFSS软件对影响FSS滤波器特性的条件进行了分析和总结。其中对几何参数、极化方式、组阵方式、介质加载和入射角度等进行了详细的仿真和分析，结果可供以后从事FSS研究的人员参考。
　　最后，简要介绍了太赫兹无线通信系统，并提出了无线通信系统中滤波器的工作指标。根据这些指标设计了基于方环谐振单元和六边形环谐振单元的三阶级联带通滤波器。其中，方环滤波器中心频率0.35THz,带宽约为0.1THz，通带内的插入损耗达0.25dB。六边形环滤波器的中心频率为0.225THz，带宽为0.585GHz，通带内的插入损耗达到0.49dB。两款滤波器通带内传输曲线都比较平坦，带外抑制效果较好，具有优良的极化稳定性和入射角稳定性，可使用于太赫兹的无线通信系统，提高系统信号的传输距离。

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第1章 绪论

1.1简介

1.2发展现状及意义

1.3论文结构安排

第2章 FSS概述

2.1 FSS单元分类及特点

2.2 FSS的应用

2.3 FSS的加工制作

2.4 本章小结

第3章 FSS的理论分析

3.1等效电路法[37]

3.2时域有限差分方法[43]

3.3谱域法

3.4栅瓣的分析

3.5 HFSS仿真原理

3.6 FSS设计和HFSS仿真的流程

3.7本章小结

第4章 FSS滤波器传输特性及仿真分析

4.1 滤波器的基本参数

4.2 几何参数的分析

4.3 组阵形式的分析

4.4 级联形式的分析

4.5 极化方式的分析

4.6 加载介质的分析

4.7入射角稳定性

4.8本章小结

第5章 带通FSS滤波器的设计

5.1滤波器性能指标

5.2 方环滤波器的设计

5.3 方环滤波器稳定性

5.4 六边形环滤波器的设计

5.5六边形环滤波器的稳定性

5.6本章小结

第6章 总结和展望

参考文献

致谢

附录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目