基于电谐振响应的太赫兹带阻滤波器研究

摘要

电谐振（ELC）单元是一种重要的频率选择表面单元类型，对构建太赫兹频段无源器件，如滤波器、吸波器、调制器等，有很重要的应用价值。随着太赫兹通信、雷达、成像技术的不断发展，宽频带和双谐振的带阻滤波器研究成为未来的发展方向。本文研究了基于电谐振响应的太赫兹带阻滤波器。
　　本文研究了基于方形感性加载四分裂电谐振（FELCCSL）的宽带带阻滤波器和基于复合电谐振结构(CDR-ELC)的双谐振带阻滤波器。基于FELCCSL谐振单元，设计了阻带中心频率为0.42THz的带阻滤波器。研究了谐振单元结构参数和介质基底电参数等因素对滤波器频率响应特性的影响。结果表明,感性加载的引入使四分裂支臂电场耦合更强，FELCCSL结构的阻带谐振频率和阻带带宽分别比FELC结构增加25％和54.1%。
　　双谐振FSS结构在设计上和工程实现上都较为复杂。本文研究了一种基于CDR-ELC结构的宽带双谐振带阻滤波器，在两个谐振频率分别为0.8 THz和1.0 THz的单谐振ELC结构(SR-ELC)设计基础上，将两个ELC单元复合为一个单一结构的单元。在入射电场激励下，复合结构的两个单谐振单元的表面电流感应环路不同，将产生两个不同的谐振频率。
　　通过模拟仿真，对单谐振ELC单元和CDR-ELC单元的谐振特性分别进行了研究，分析了结构参数对CDR-ELC结构频率响应特性的影响。模拟发现，由于两个电谐振ELC单元间的耦合，复合单元的第一阻带的滤波特性得到明显增强，相比单谐振单元的阻带带宽，复合单元的带宽增加了接近两倍，传输系数最小值减小了-1.2dB。结果表明CDR-ELC带阻滤波器具有阻带带宽更宽，阻带内的透过率更低等优点，为构建双频段太赫兹宽带带阻滤波器提供了一种简单的设计方法和性能优异的谐振单元结构。

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第一章 绪 论

1.1 人工电磁材料的概念

1.2 太赫兹频率选择表面的国内外研究历史与现状

1.3 基于电谐振响应的太赫兹滤波器研究进展

1.4 频率选择表面的分析方法

1.5 本论文的主要工作

第二章 频率选择表面的分析方法

2.1 FSS的滤波机制

2.2 巴比涅原理

2.3 人工电磁材料的等效介电常数和磁导率计算

2.4 谱域法及其在FSS分析中的应用

2.5 Floquet定理在FSS分析中的应用

2.6 本章小结

第三章 基于FELCCSL结构的新型宽带带阻滤波器研究

3.1双层FELCCSL带阻滤波器的物理模型

3.2 FELCCSL带阻滤波器的模拟研究

3.3小结

第四章 基于复合电谐振结构的新型双谐振带阻滤波器研究

4.1 CDR-ELC双谐振带阻滤波器的物理模型

4.2 单谐振SR-ELC结构的谐振特性研究

4.3 CDR-ELC双谐振带阻滤波器的谐振特性研究

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献