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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

继2004年geim等的工作（制备石墨烯）之后，石墨烯的研究热潮一直持续着，目前仍无降温的迹象^[1,2]。而石墨烯器件的研究也在逐步深入，其中包括石墨烯吸收器、石墨烯天线、石墨烯频率选择表面(fss)等^[3]。工作在太赫兹的石墨烯器件尺寸小，性能优，便于集成。另外，相比存在着巨大欧姆损耗的贵金属(金、银等)和一旦结构固定则不可调制缺点的传统材料^[4]，石墨烯可随化学势变化而变化的电磁参数在动态电磁调控中具有得天独厚的优势，其结合亚波长结构设计，能够以更简单的结构实现更灵活的动态电磁调控，成为了动态电磁调控领域的研究热点^[5]。此外，石墨烯也被认为是可以作为表面波导在红外波段和太赫兹(thz)波段的超材料^[4]。太赫兹波段属于亚毫米波，是目前各国研究的重点领域，在国家安全方面有很多应用^[6]。其应用包含了从射频到光波波段的多种传感器件制作及集成，特别是毫米波和亚毫米波波段天线及天线阵等^[6]。

目前已经能够制造出直径高达30cm的石墨烯片，开启了石墨烯在微波毫米波领域应用的可能性^[7]。 然而，石墨烯频率选择表面作为一个新兴研究领域，其基础理论研究仍处于探索研究阶段，而hfss仿真软件已经开始广泛的应用于频率选择表面的分析设计^[8]。hfss软件在石墨烯频率表面的应用方面也已经取得了成功^[9-11]。本文拟在研究石墨烯的贴片型和网格型频率选择表面的电路模型基础上，进而设计出新型的可调石墨烯频率选择表面，即新型的亚波长结构材料。

国内外研究现状

太赫兹(terahertz, thz)波也被称为t射线，其频率在0.1-10thz之间，是位于微波和红外之间的电磁波，且处于光子学和电子学之间的过渡地带[12-14]。太赫兹波具有很多低频波所不具备的出色性能，在基础研究、生物学、医学、通信技术和工业应用以及军事等领域都有十分可观的应用前景[12]。尤其是在通信技术领域，相比于微波通信，太赫兹通信的容量大，具有高传输速率和较宽的瞬时带宽；方向性更好、波束更窄，而且波长更短。特别地，太赫兹器件、天线和系统容易做得小而紧凑[13]。然而，传统材料和器件难以在太赫兹波段发生电磁响应，所以传统电子学和光学的器件和技术都很难满足太赫兹通信的需求，这也是目前关于太赫兹通信的研究成果还较少的主要原因，也因此出现了“太赫兹空隙”的现象[15]。自自然界稳定存在的石墨烯问世以来，全球掀起了研究石墨烯的热潮，而且有增无减。而其宽波段可调的光学特性，使它很快地进入了光电子器件研究领域的科技工作者的视野。目前，人们基于石墨烯设计出的一系列新型光电器件，均显示出了优异的性能和良好的应用前景[16]。而在太赫兹通信领域，也有系列文献报道了基于不同材料和结构的太赫兹调制器，如半导体超晶格、量子阱、超材料和光子晶体的太赫兹调制器等。相较于超材料太赫兹调制器，基于石墨烯的调制器具有更大的调制范围且调制方便，这是因为石墨烯具有独特的零带隙能带结构，可以通过偏置电压很方便地调节其电化学势（费米能级），从而改变其电磁传输特性，实现电磁信号的调制。

频率选择表面（fss）被研究的十余年间，应用于制造各种电子器件。许多的研究人员已经对ghz频段的金属性fss进行了大量研究。通过改变材料的形状和大小，可以设计出具有特殊性质的fss，而基于石墨烯的fss设计是实现太赫兹电磁信号调制的有效手段。因基于石墨烯fss设计的调制器具有宽波段可调、有源区尺寸小、调制速度快等优点[16]，通过调制电磁信号的强度、振幅、频率、相位、偏振及传播方向等特征参数，人们实现了可调圆偏振选择表面[17]、太赫兹天线[13,18]、太赫兹调制器[19-21]、太赫兹吸收器[22-27]等太赫兹器件的设计。

2. 研究的基本内容

具体内容如下：

1. 对有关频率选择表面的方法原理、设计步骤以及常用的电磁仿真软件ansoft hfss等进行简单的介绍；

2. 举例说明频率选择表面在生活和通信等领域的标志性应用；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

本课题实行方案：

本课题拟采用的总体研究方法：模型设计和仿真优化相结合的方式。首先理论分析太赫兹波段单层石墨烯的电磁特性，并建立石墨烯fss模型。进而采用两种方法评价所建立的石墨烯fss模型：1）建立传输线等效电路模型分析fss的电磁传输特性；2）采用基于有限元的高频结构仿真器ansoft hfss对fss进行仿真优化，从而设计出性能优的石墨烯频率选择表面。

本课题研究进度安排：

4. 参考文献

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