電磁超結構是一類人工合成的具有奇異電磁特性的結構型材料,其具有區(qū)別于自然界材料的反常介電常數(shù)?和磁導率?特性。電磁超結構產(chǎn)生奇異電磁響應的強弱與結構的材料組成、結構形狀與參數(shù)、電磁環(huán)境等因素密不可分,具有按需設計的優(yōu)勢。此外,汞作為唯一一種常溫、常壓下以液體形式存在的單質(zhì)金屬,具有優(yōu)秀的導電性、導熱性、熱膨脹性等特性。本論文利用汞具有的多種優(yōu)異特性,研究汞與高Q值電磁超結構的有效融合,實現(xiàn)基于汞基高Q值電磁超結構的溫度感知技術一體化設計,以達到提升溫度感知靈敏度、分辨率的目的;并通過電路設計實現(xiàn)信號發(fā)生、自動檢測等功能,完成高靈敏度、高分辨率汞基溫度感知傳感器模塊化設計。本文的主要貢獻和創(chuàng)新點歸納如下:1根據(jù)等效電路分析方法,推導出了一種寬邊耦合型汞基開口諧振環(huán)電磁超結構的等效電感、電容等相關參數(shù),并對該結構的電磁特性進行了仿真研究,進行了介電常數(shù)、磁導率等參數(shù)的理論計算和仿真結果對比研究,驗證了其正確性。2利用經(jīng)典偶極子的諧振頻率公式,結合熱膨脹理論公式,推導了汞基經(jīng)典偶極子結構的熱靈敏度公式,并通過電磁仿真軟件進行了仿真驗證,探索了靈敏度提升具體途徑;進而研究了多種類型諧振模式的汞... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Arritt.B.J等人的分析模型[13]

工業(yè)、醫(yī)療領域得到了應用。(a)(b)圖1-4(a)Bakir.M等人設計的溫度傳感器的溫度變化曲線圖[15];(b)Bakir.M等人設計的溫度傳感器的溫度-頻偏圖[15]2018年XiaoxiaZheng等人研究了一種基于氧化釩（VO2）薄膜的超結構反射轉換器[16]，結構如圖1-5所示。結果表明，在4.95THz至9.39THz處實現(xiàn)了90％以上的寬帶偏振轉換率（PCR），并且在三個峰處可以獲得高于98.9％的PCR。并且該混合超結構轉換器被證明具有溫度調(diào)諧的電磁特性。絕緣體-金屬相變的不同溫度可以改變VO2薄膜導電性，寬帶偏振轉換率（PCR）隨溫度變化明顯改變。圖1-5XiaoxiaZheng等人設計的混合超結構[16]另外，在生物傳感領域，A.V.Kabashin等研究者展示了一種改進的等離子體超結構生物傳感技術[17]，該等離子體超結構能夠支持多孔納米棒層中的引導模式。受益于探測場與納米棒之間結合的活性生物物質(zhì)與層內(nèi)強大的等離子體介導的能量限制之間的大量重疊，這種超結構提供了對棒之間介質(zhì)的折射率變化的增強的敏感性（超過每個折射率單位30000納米）。證明了使用標準鏈霉抗生物素蛋白-生物素親和力模型的方法可行性，并且與傳統(tǒng)的無標記等離子體裝置相比，結果表明小分析物檢測上限顯著改善。X.Xu等人設計了一種基于光子的靈活超結構器件[18]，在可見光紅外區(qū)域工作，具有高靈敏度的應變響應。通過電子束光刻在具有30nm最小線寬的（萘二甲酸乙二醇酯）基板上制造由30nm厚的Au或Ag的開環(huán)諧振器（SRR）組成的超結構。諧振吸收可以從IR調(diào)整到可見光范圍。使用Ag的U形SRR超結構表現(xiàn)出

第一章緒論72012年E.Ekmekci等人使用海水作為雙面開口諧振環(huán)（DSRR）的填充介質(zhì)，探索分析了其溫度感知特性[28]。該傳感器可用于微波和太赫茲應用中的化學，生物和壓力傳感。這種新穎的傳感器利用雙面開環(huán)諧振器（DSRR）拓撲結構，該拓撲結構還需要有夾在兩個相同的寬邊耦合SRR單元之間的附加傳感介質(zhì)，其中層間介質(zhì)主要是二氧化硅氣凝膠和海水，結構如圖1-7所示。隨著該層間介質(zhì)的介電常數(shù)響應于諸如溫度，濕度，密度，濃度或壓力的環(huán)境參數(shù)的變化而改變，DSRR傳感器諧振頻率因此發(fā)生偏移。作為研究的證明，實驗結果和理論數(shù)值非常的一致。還針對該傳感器拓撲結構呈現(xiàn)了三種不同真實場景的應用，以展示濕度傳感器、密度傳感器和溫度傳感器都具有非常好的靈敏度。圖1-7E.Ekmekci等制作的雙面開口諧振環(huán)結構[28]2014年，F(xiàn).Zhang等采用鈦酸鍶鋇（Ba0.5Sr0.5TiO3，BST）作為溫敏介電材料，分析了由其構成電磁超結構實現(xiàn)溫度感知的機理并完成了10~50℃溫度范圍內(nèi)的傳感驗證[29]，實驗結果如圖1-8所示，可以發(fā)現(xiàn)諧振曲線出現(xiàn)了明顯的偏移。圖1-8F.Zhang等驗證得到的鈦酸鍶鋇實驗數(shù)據(jù)[29]2015年，H.Karim等在鈮酸鋰（LiNbO3）溫敏介電材料的基礎上，設計了多種閉合諧振環(huán)（CRR）和開口諧振環(huán)（SRR）電磁超結構單元[30,31]，利用金屬墊圈作為CRR結構，鈦酸鋇（BTO）作為介電材料，結構如圖1-9所示。在室溫下使用網(wǎng)絡分析儀連接的一對喇叭天線作為發(fā)射源，測試、分析制造的傳感器響應。通過分析其溫度感知靈敏度，結果表明CRR結構具有更高的靈敏度，可達7.286MHz/℃。


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