异相耦合双谐振子系统的高品质因数谐振特性研究

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1、博士学位论文异相耦合双谐振子系统的高品质因数谐振特性研究RESEARCHONTHEHIGH-QUANLITYPERFORMANCEBASEDONDOUBLERESONANCESSYSTEMWITHVIROUS-COUPLEDPHASE吕博哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O441.4学校代码：10213国际图书分类号：535.3密级：公开工学博士学位论文异相耦合双谐振子系统的高品质因数谐振特性研究博士研究生：吕博导师：傅佳辉教授申请学位：工学博士学科：信息与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2018年

2、6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O441.4U.D.C:535.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEHIGH-QUANLITYPERFORMANCEBASEDOFDOUBLERESONANCESSYSTEMWITHVIROUS-COUPLEDPHASECandidate：BoLvSupervisor：Prof.JiahuiFuAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineerin

3、gSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要本文通过引入双态理论以及模态分析的方法，针对具有不同相位特性的谐振子系统频域特性以及其实现高品质因数谐振的方法进行研究。定义具有不同相位并且相互耦合

4、组成的谐振子系统为具有异相耦合的谐振子系统，以双谐振子系统作为研究对象，通过引入了双态理论，采用模态分析的方法研究具有异相耦合的双谐振子系统频域特性。在电磁结构设计中，通过改变谐振子的相对空间位置构造具有异相耦合的双谐振子系统，并研究相位对双谐振子系统谐振特性的影响以及实现高品质因数谐振的方法，通过仿真与测试对其结论进行验证。具体研究内容如下：首先，研究近年来采用周期结构实现高品质因数电磁谐振的方法和规律，并分析其存在的问题及不足之处，通过引入空间相位实现具有异相耦合的双谐振子系统，并且说明本文的设计思路与总体框架。在理论

5、方面，通过推导基于麦克斯韦方程的哈密顿方程引入双态理论，并采用模态分析的方法研究具有异相耦合的双谐振子系统谐振规律，为后续设计奠定理论基础。其次，研究基于双态理论的谐振电路，以电路系统作为连接理论与电磁结构的桥梁，将该理论引入电学系统，并通过空间位移的方式构造具有异相耦合的双谐振子电磁周期结构。其具体方法为采用基于介质基板金属条带作为谐振单元，在每个周期单元中将两个金属条带交错排列，或者沿电磁场能量传播方向放置一对空间位置交错的周期结构，使金属条带之间产生异相耦合。在此基础上，构造具有不同损耗的金属条带，研究不同损耗的谐振

6、子在不同空间相位时系统的谐振规律及其实现高品质因数谐振的方法，并且通过实验对其结论进行充分验证。为近一步研究模态分析理论以及空间相位在电磁领域的应用，通过构造石墨烯覆盖光栅以及圆环与条带的相互耦合的模型研究具有异相耦合的双谐振子周期结构在太赫兹频段的应用。最后，研究具有增益特性的异相耦合双谐振子系统对应的频域特性。上述对具有异相耦合的双谐振子系统研究可归类为驻波谐振特性的研究。在驻波谐振模式方面，具有异相耦合的增益谐振子系统与不同损耗的谐振子系统规律相同，但是其行波特性会发生很大变化。当双谐振子的增益与损耗的绝对值相等，在

7、不同空间相位条件下，系统具有高品质因数传输以及电磁单向传输特性。因此，本文最后针对满足增益与损耗绝对值相等的双谐振子系统，即满足PT（Parity-Time）对称双谐振子系统的行波传输特性进行研究，并讨论其在电磁隐身方面的应用。-I-哈尔滨工业大学博士学位论文综上所述，本文通过引入双态理论，研究空间相位对双谐振子周期结构谐振驻波特性的影响，分析其实现高品质因数的方法，通过实验验证异相耦合双谐振子周期结构的高品质因数谐振特性，并研究具有空间相位的PT对称的双谐振子行波传输特性。本文为周期结构高品质因数谐振提供了较为新颖的理论

8、分析方法以及设计思路，具有理论及工程意义。关键词：高品质因数；异相耦合；空间相位；双态理论；双谐振子周期结构-II-AbstractAbstractThecoupledresonanceswithvarious-phaseareresearchedinthispaperbyintroducingthed