论文部分内容阅读
在工业,农业生产和日常生活等科学和技术领域,传感器正发挥着非常重要的作用。传感器的设计要求主要有三个:首先,当待测量的状态及条件发生变化时,传感器能具备足够高的灵敏度。其次,传感器需要有紧凑结构的尺寸并且其本身性质还要保持足够稳定,易于安装。最后,传感器应该在不同的环境中均具有很强的抗干扰能力。目前,超材料激发的微波传感器正引起人们的高度关注,原因在于超材料能够产生一些奇特的电磁特性。人们已经开始研究各种类型的超材料传感器,比如基于超材料的微波微流体传感器,生物传感器,折射率传感器,应力感测器,介电常数传感器,位移传感器,角度传感器,等等。本论文的主要研究内容如下:(1)提出了一种基于可调喇叭形谐振器的高线性度双层位移传感器。设计的传感器是用金属铜蚀刻成各种形状在两个衬底层上。当上层条形谐振器相对底层喇叭形谐振器产生位移时,会引起传感器的谐振频率发生红移。所设计的位移传感器的灵敏度可高达207.2MHz/mm,线性动态范围可达4mm。同时,加工制作该位移传感器样品,并通过实验验证了仿真结果。其高线性度与高灵敏度的特点也通过等效电路理论进行了讨论。所提出的位移传感器也适合于使用微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术进一步小型化。(2)设计了一种低损耗高透射率的类电磁诱导透明(EIT-like)结构,并在通过实验测试和仿真结果验证。所提出的基于类EIT平面结构的超材料由两个独立的开缝环谐振器(SRR)构成,并且其透射率可高达0.89,同时透明窗口表现出强烈地抑制辐射损耗。根据等效介质理论(EMT),该EIT超材料的低损耗特性可以通过其等效介电常数和磁导率的虚部来证明。同时,采用表面电流,磁场分布仿真分析以及耦合振荡器模型来揭示高透射率EIT效应产生机理。此外,利用诱导透明窗口的谐振频率对背景介质中折射率的变化具有高度敏感的特点,我们可将此结构用于折射率传感中。所提出的EIT结构折射率传感器其灵敏度可达1.69GHz/RIU(折射率单位),其品质因数(FOM)为11.66。所提出的这种EIT超材料在传感与手性慢光器件方面均具有潜在的应用价值。