高频太赫兹波接收天线设计研究开题报告

 2022-03-14 19:58:12

1. 研究目的与意义

背景:太赫兹( terahertz,thz) 波通常是指频率为100 ghz ~ 10 thz( 波长为3mm ~ 30 μm) 的电磁波。由于波长远小于通常的微波和毫米波,太赫兹具有低能性、高穿透性、指纹谱性、宽带性、瞬态性和相干性等性质。目前太赫兹技术已应用在雷达、通信、生物医学等领域。国外的标志性成果有美国的0.225 thz 机载雷达、欧洲的太赫兹远距离检测系统、日本的1.5 km 太赫兹无线通信演示系统。我国太赫兹研究起步较晚,尚处于理论研究阶段。

目的:近二十多年来,太赫兹科学技术已经取得了一些重要的研究成果,太赫兹技术的应用也在不断扩展到波谱、成像、通信、雷达、天文、气象、石油、化工、军事、安全、国防、航空航天等各个领域,并正在取得不断的突破和进步。太赫兹科学技术的研究任重道远,太赫兹科学技术的发展前景远大。

意义:太赫兹天线工作频率高,加工、装配精度要求严苛,合理有效的天线结构设计是太赫兹天线工程化亟待解决的技术难题之一。太赫兹辐射具有良好的时空相干特性,这为实现量子相干和量子控制提供了新的手段。而在高分辨率连续测量和时域测量两个方面的能力也极大地扩展了太赫兹光谱在天体物理和大气科学中的作用。以上这些特点决定了太赫兹技术在很多基础研究领域,主要包括目标探测(太赫兹雷达)、保密通信、对抗、敌我识别、隐藏武器探测、武器精确制导、军事领域及生物安全探测等方面。

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2. 研究内容和预期目标

研究内容:太赫兹探测技术是太赫兹科技中的一项关键技术,人工微、纳米结构,特别是人工微、纳金属结构的天线效应可以高效的收集太赫兹波的能量并在近场范围内产生很强的电场效应。天线的特征尺寸跟太赫兹波的响应频率在必然的关系,通过改变天线的长度和宽度得到适合高频探测的特征天线结构参数,为太赫兹探测器件的制备提供理论指导。

预期目标:

1) 完成高频太赫兹波接受天线设计和仿真;

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3. 研究的方法与步骤

研究方法:通过fdtd模拟方法,研究和对比了多种天线结构对太赫兹波的耦合效率,最终以微机械加工技术为手段,设计、加工和测试了带有三极子蝶形共振天线和纳米低通滤波器的高灵敏度室温探测器。通过进一步研究天线的特征尺寸跟耦合效率的关系,在实验上进一步优化了器件的性能。

步骤:

1) cst仿真建模;

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4. 参考文献

[1] y. f. sun, j. d. sun, y. zhou, r. b. tan, c. h. zeng,w. xue, h. qin, b. s. zhang, and d. m. wu. room temperature gan/algan self-mixing terahertz detector enhanced by resonant antennas. appl. phys. lett., 98, 252103, 2011.

[2] y. f. sun, j. d. sun, x. y. zhang, h. qin, b. s. zhang and d. m. wu, enhancement of terahertz coupling efficiency by improved antenna design in gan/algan hemt detectors, chinese physics b, 21,10 , 2012.

[3] j. d. sun, y. f. sun, d. m.wu, y. cai, h. qin, and b. s. zhang. high-responsivity, low-noise, room-temperature, self-mixing terahertz detector realized using floatingantennas on a gan-based field-effect transistor. appl. phys. lett., 100,013506, 2012.

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5. 计划与进度安排

3.2 3.15 课题调研,了解相关技术和要求;

3.16 3.29 查阅资料,撰写并提交开题报告;

3.30 5.3 理论仿真;

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