【摘 要】
：
高效快速的波束调控方案是实现高速太赫兹无线通信系统的关键技术问题。本论文提出的太赫兹复合功能序构波束调控超表面,是一种实现平面化、数字化、多样化和快速式新型扫描机制的有效新途径。开展高性能太赫兹极化调控机理研究与器件研制,可以为太赫兹技术的发展提供技术支撑。本文首先从电磁波的极化状态开始分析,通过将超表面（Matesurfaces）应用在极化调控器件中,突破了传统电磁波极化调控器件的限制,具有高极
论文部分内容阅读
高效快速的波束调控方案是实现高速太赫兹无线通信系统的关键技术问题。本论文提出的太赫兹复合功能序构波束调控超表面,是一种实现平面化、数字化、多样化和快速式新型扫描机制的有效新途径。开展高性能太赫兹极化调控机理研究与器件研制,可以为太赫兹技术的发展提供技术支撑。本文首先从电磁波的极化状态开始分析,通过将超表面（Matesurfaces）应用在极化调控器件中,突破了传统电磁波极化调控器件的限制,具有高极化转换效率、超宽带、高集成度的优势。在此基础上加入波束偏转功能实现复合功能序构,进一步扩大对波前调制的灵活性。利用高电子迁移率晶体管（HEMT）与超表面结合,作为编码单元,应用于独立控制的1比特编码超表面,实现了动态灵活的波前调制。本文的主要研究如下:1、针对目前太赫兹极化调控器件的极化转换效率、工作轴比、极化转化品质、和集成度等性能很难达到应用于太赫兹集成通信系统的标准,设计了一种反射型线-圆极化转化单元,在0.33-0.38 THz带宽范围内,反射幅值平均为0.9,单元的极化转化效率达到0.9,椭圆角约为44°,实现了高极化转化效率、高极化转化品质的宽带线圆极化转化。在广义斯奈尔定律的基础上引入相位梯度,将6个具有高极化转化效率的单元按照60°的相位梯度周期性序构,在0.34-0.37 THz的工作带宽内对垂直入射的电磁波实现了30°的波束偏转,并将线极化入射波转化为圆极化反射波,实现了具有复合功能的太赫兹极化偏转阵列。基于超表面的极化偏转复合功能序构,在高性能、高集成度的太赫兹集成通信系统中具有巨大应用潜力。2、为实现太赫兹动态波前调制的需求,提出了两种基于HEMT作为动态OOK调制器件的新型人工微结构复合单元,为了进一步分析单元的谐振特性,基于传输线理论提出一种HEMT-超表面复合单元表面导纳等效理论,通过分析单元的耦合状态,对单元的谐振频率、反射幅相特性进行重构。通过外加电压改变单元HEMT中二维电子气浓度,实现180°相移调控,满足1比特编码超表面对编码单元的反射特性要求。3、在HEMT-超表面复合单元的研究的基础上,基于HEMT-偶极子复合单元设计出以一个波长独立控制的4*4超单元,在HEMT理想通断的情况下实现了大于10 GHz带宽,平均反射效率大于0.8的180°相移调制,将复合超单元按照特定编码序列排布,构成基于HEMT-超表面动态模块化编码波前调制器件,实现了在二维空间和三维空间的多波束大角度扫描。基于HEMT-谐振环复合单元设计出以一个波长独立控制的8*8超单元,结合Drude色散模型计算了在非理想状态下二维电子气浓度对单元谐振状态的影响,实现了在低开关比下平滑的360°大范围相移,确定存在能实现180°相移的两种状态作为1比特编码的“0”、“1”两种单元实现动态模块化编码波前调制器件。在此研究基础上对基于HEMT-谐振环结构的平面模块化波前调制器件进行了加工测试,实验测试了在0 V到-8 V电压下单元的反射响应,验证了单元能实现360°平滑相移满足波前调制的需求。
其他文献
整数自仿的tile和代换序列是分形几何中有趣而重要的课题。本论文研究了在Bandt模型下的整数自仿tile和代换序列的非定向游动的渐近性质。论文的第一部分讨论了Bandt模型下的整数自仿tile。这是整数自仿tile的一个推广。整数自仿的tile铺盖空间是通过平移的方式,而Bandt模型下的不变集铺盖空间时,不仅要有平移,还要有旋转和反射。实际上,Bandt模型提供给我们许多有趣的tile,比如L
中微子的实验研究对理解宇宙的演化和揭示可能出现的新物理具有非常重要的意义,是当前的一个研究热点。论文从不同类型中微子物理实验研究的目的和要求出发,分析了在中微子探测中所采用的反电子中微子反β衰变反应链模式的特性。有针对性地设计了相关的电子学触发系统,实现了对中微子信号的探测。针对日本超级神冈中微子实验在探测超新星遗迹中微子过程中所出现的本底与信号特性,首次提出了正电子关联的强制触发机制。在该实验已
石墨烯的发现引发了人们对于二维材料的思考与探究,二维材料有着优异的光学、电学等各种特性,其生长、制备及器件方面的研究不断涌现,已经成为当下的研究焦点。然而,由于受到Mermin-Wagner定理的限制,磁性二维材料方面的相关研究有着很大的缺失,直到2017年,单层Cr2Ge2Te6、Cr I3铁磁二维绝缘体才被发现,随后Fe3GeTe2、Ni PS3等铁磁、反铁磁二维材料相继被发现,但对这些材料的
模糊性与随机性是现实世界中两种基本不确定性,分别用来描述主观不确定性与客观不确定性,而可信性理论与概率论分别是处理模糊现象与随机现象的数学分支。随着人们对不确定现象了解的日益深入以及对不确定理论研究的日益完善,一些学者开始考虑模糊性与随机性同时出现在复杂系统中的现象。其中,Kwakernaak最早意识到这个问题并在1978年提出用模糊随机变量来描述这种现象。作为另一种模糊性与随机性共存的形式,Li
蜂窝吸波结构具有重量轻、优良的抗冲击性能和吸收电磁波等优异特点,因而被广泛应用在航空航天等军事领域。为了满足蜂窝吸波结构多功能的工程应用,把无源电子元件与复合材料“完美结合”,以将热功能、电子功能和辐射屏蔽效能等功能集成到航天器固有的承载部件中,使航天器在轻量化和多功能方面有质的飞越。该设计关键问题是对蜂窝吸波结构开缝后的电磁/力学性能进行综合评估,使其在合理的开缝设计下,既能减轻蜂窝结构的重量,
在经典塑性理论中不包含任何尺度参数,因此无法解释在微米和亚微米量级实验中发现的尺度效应。为了解决工程实践中遇到的日益增多的微尺度设计制造问题,同时为韧性材料的解理断裂提供一种合理的解释,人们建立了应变梯度塑性理论。本文在Huang等2004年提出的CMSG低阶应变梯度塑性理论的基础上,进行了一系列的理论探索和计算研究工作。1.推导了CMSG理论在混合硬化下的本构方程,考虑了背应力的影响。利用一阶非
多尺度问题和有界面的问题有很多重要的物理应用,吸引了很多数学家和物理学家。一种有效的计算多尺度问题的方法是设计渐近保持的数值格式。对于含有小参数的偏微分方程,所谓一个算法是渐近保持的指的是,当相应的数值离散在小参数趋于零的时候,仍然是渐近极限的合理数值离散。具有这个性质的算法好处在于对所有参数区间都适用,可以处理不同的尺度的参数同时存在的问题,而且在计算时不需要推导在其他很多多尺度算法中需要用到的
随着近些年集成电路的发展,电子封装在器件小型化、功能化、集成化制造的应用变得不可或缺。虽然目前已经有倒装芯片,晶圆级封装等很多先进的连接形式,但引线键合技术经过多年发展,成本更低、工艺更可靠,成为主流的器件芯片连接形式。金丝以其稳定的化学性能、良好的延展性和优良的可焊性,在高端电子产品的引线键合中所占比例最高。随着系统工作频率的提高到GHz时,金丝键合线不再是简单的传输线,而以多种方式表现出射频特
在植物生长过程中,植物的呼吸作用、光合作用、水分输送等多种生命活动都离不开水的参与,叶片水分含量分布是衡量植物生理生化的重要指标。评估植物叶片水分,一方面有助于对植物水分亏缺程度进行快速判断,保障植物水分实现精准灌溉,提高农业水资源利用率,从而推动农业生产可持续发展;另一方面可以加深理解植物在正常和胁迫环境下对环境的变化响应,可视化植物叶片动态、时间和空间异质特性,用于解剖不同叶片区域和组织的代谢
太赫兹辐射源的研究一直是太赫兹科学发展的关键技术,真空电子器件是重要的太赫兹辐射源之一。随着频率的增加,高阶模工作是高频真空电子器件克服频率限制的一种有效方法。模型竞争是目前高阶模工作需要解决的关键问题。电子注从中间穿过亚波长孔阵列结构,可以产生窄带增强的Smith-Purcell辐射。基于这种辐射特点提出了克服高阶模工作中模式竞争的新思路,并设计了工作电路。下面为主要的工作内容:论文首先基于电子