摘要
太赫兹频谱通讯可以实现超宽带宽、超高传输速率等卓越的性能，随着我国6G太赫兹技术的布局，作为其系统核心的太赫兹频谱调制功能器件是当前国际前沿的研究领域，具有巨大的应用需求和研究意义。但太赫兹通讯的发展长期受制于太赫兹频段高效频率响应材料及器件的匮乏，基于微纳电子技术的电磁超材料可实现对太赫兹波的多种调控效应。目前太赫兹超材料的发展需求为优异鲁棒性，主动可调谐特性，智能传感性，但仍存在着主动调制灵活性差、功耗大等问题，无法满足6G通信高速、绿色发展的新需求。针对诸多问题，依据超材料对太赫兹波幅度，相位，频率等物理参数的多样调控功能，以提升单元的稳定性和系统的多样性，本文主要研究内容如下：（1）提出一种新型非平面三维半球超材料单元结构，该结构具有简单清晰的三维结构和出色的太赫兹区域波束控制特性。首先比较和优化了三维半球超材料受各种参数影响的传输特性，并利用超材料构建了2.37THz附近的带阻滤波器。此外，实现了由三维半球形单元组成的编码超材料阵列。由于三维半球的优异的各向同性，编码阵列在太赫兹频谱中表现出优异的鲁棒性。雷达截面（RCS）分析表明，在0.6-1.7THz对入射波的偏振模式和入射角变化不敏感。1位编码阵列可以实现从0.7THz到1.4THz超过10dB的RCS降低，在0.75THz时，RCS的降低可以达到30dB左右。（2）针对超材料发展需求的智能化及主动可调特性，创新性地提出一种基于摩擦纳米发电机（TENG）驱动的低碳自驱动太赫兹液晶可调谐超材料的概念和设计方法，基于TENG以及液晶超材料共同集成设计的思想，丰富频谱可重构液晶超材料系统的设计方法，通过集成TENG，实现自供电驱动大规模超材料阵列的太赫兹频谱响应特性的变化。制备了接触分离模式的TENG，可在制备的聚合物分散液晶（PDLC）上输出50V的交流电压，有效改变了液晶薄膜的光学透明度，进一步分析其在太赫兹波段工作的合理性。通过有限元工具CSTMicrowaveStudio进行建模仿真，将制备PDLC液晶材料与超材料微结构集成，分别研究十字形，单开口谐振环，对称双开口谐振环结构超材料集成向列相液晶的太赫兹频谱响应及其电磁共振机理，其中不对称十字结构液晶超材料可在外加偏压下实现明显的0.02THz频谱偏移，并对太赫兹液晶超材料设计思路作出总结，在自驱动可调谐液晶超材料的概念上提供设计方法支撑。
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