【摘 要】
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太赫兹通信是未来空间信息高速传输的关键技术手段,具有大容量、传输速率高、抗干扰能力强、安全性好等优点。如何实现对太赫兹波进行高效、快速的调制成为近年来各个国家研究的热点。将人工微结构和半导体、二维电子气、超导体、石墨烯等材料结合起来,实现对太赫兹波的动态操控为THz调制器的发展带来了巨大的机遇。在此基础上,本文将结合人工微结构与VO_2、HEMT、太赫兹肖特基二极管来实现对太赫兹波的动态操控,设计
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太赫兹通信是未来空间信息高速传输的关键技术手段,具有大容量、传输速率高、抗干扰能力强、安全性好等优点。如何实现对太赫兹波进行高效、快速的调制成为近年来各个国家研究的热点。将人工微结构和半导体、二维电子气、超导体、石墨烯等材料结合起来,实现对太赫兹波的动态操控为THz调制器的发展带来了巨大的机遇。在此基础上,本文将结合人工微结构与VO2、HEMT、太赫兹肖特基二极管来实现对太赫兹波的动态操控,设计出插损小、调制深度大、速率高的THz调制器是本论文的主要研究内容。本文围绕太赫兹直接调制技术,从人工微结构与VO2、HEMT、太赫兹肖特基二极管相结合的方式出发,研究并设计了多种不同工作在0.34THz的太赫兹直接调制器,同时搭建了0.34THz工作频率下的太赫兹通信链路,最高进行了4Gbps速率传输的眼图测试,具体为:1、首先针对表面等离激元基本理论进行了学习,然后研究了平面人工等离激元传输线与人工微结构相结合的电磁特性,利用VO2的相变特性设计了太赫兹人工表面等离激元调制器件,可以实现对太赫兹波的直接调控。2、设计了两种波导加载型太赫兹调制器。利用鳍线优良的传输性能,将其与人工微结构、HMET相结合,通过外加电压调控HEMT的电磁特性实现对人工电磁谐振结构中电磁谐振模式的控制,实现了一种鳍线嵌套人工微结构的太赫兹幅度调制器。接着,提供了一种腔体外部加载式可调金属线太赫兹波直接调制器设计方法,通过电外加电压控制肖特基二极管的电磁特性实现对波导内的太赫兹波的幅度调制。3、对加工的太赫兹动态器件进行了详细测试,搭建了0.34THz工作频率下太赫兹通信实验系统。分别测试了动态器件在正弦信号与高速基带信号下的调制能力。正弦信号测试显示器件最高响应速率可达13GHz,眼图测试显示该器件所具备的实际数据传输能力达4Gbps。通过以上三个部分的研究,本论文从设计仿真和加工测试对太赫兹动态器件进行了详细分析与探讨,验证了直接调制技术在太赫兹通信系统优越性,为未来空间通信系统的发展提供了关键的技术手段。
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