基于相变材料的电磁波调控器件设计

发布时间：2020-03-07 08:51

【摘要】：电磁波调控器件的设计这一课题在电磁学领域中引起了研究者们的极大兴趣。先前传统的电磁波控制器件(比如棱镜和光栅)具有体积庞大、损耗高等缺点,通过电磁波传播过程中形成的累积相位差来调控电磁波的传播状态,难以实现小型化和平面化设计。鉴于此,加载相变材料的超表面单元结构应运而生。相变材料具有相变特征,能够实现金属相—绝缘相互相转换。只要合理布局超表面上的相位突变单元,便能够实现在电磁波传播过程中引入相位突变,实现对电磁波极化转换方式的多重调控。该结构可以突破体积的限制,有效地提高器件的实用性和集成化。然而,透射型人工电磁表面仍然面临着交叉极化转换率低的问题,远远不能满足工程需要。本文中将结合相变材料的相变特性和超材料理论设计出一种周期结构的超表面来控制电磁波的极化转换,有效实现人为地控制电磁波的极化方式,为基于相位非连续人工电磁表面的工程实际应用奠定基础。首先,本文对高效透射型人工电磁表面单元的设计方法进行了研究,探讨了设计高交叉极化转换率单元结构的方法,为了提高交叉极化的转换率在相位突变单元谐振模式中引入磁谐振,设计出了一种新型的加载相变材料VO2的电磁波人工调控超表面。其次,基于上述高交叉极化转换率超表面单元,设计出加载相变材料的波片转换单元结构,并基于此单元结构分别设计出1/4波片超表面透镜和1/2波片超表面透镜。最后,利用微带天线对上述结构进行仿真验证。仿真结果表明利用相变材料的相变特性可以实现超表面透镜对电磁波极化转换方式的多重调控,同时还能提高加载相变材料的超表面的交叉极化转化率,且兼顾设计的小型化特征。本文为基于此设计的电磁波调控器件的进一步发展提供了重要的理论依据。
【图文】：

原理图,智能窗,太阳,原理图

经被陆续报道了。二氧化钒（Vanadium dioxi相，在高温状态下呈金属相，当给定一定的温变现象，它的金属相和非金属相之间能够相互属相变（SMT）。二氧化钒可以通过多种激励产生相变[2]、对材料实施光照产生相变[3]、外述突出的电学、光学特性，二氧化钒在众多相Phase Change Material，PCM）是指材料的物并可以提供潜热的材料。VO2是一种新颖的相用科学和工程界的兴趣，因为它们在设备的设势。在室温下，VO2表现为绝缘体相。随着温O2表现为金属相，该过程中VO2由单斜晶体结起了结构相变（SPT）。VO2发生相变会导致其率、电导率、相对介电常数、光透射率、吸收在 0.76 um~1mm范围内，即红外波段，上述

相变特性,间极,微波波段,属相

工学硕士学位论文属相时，它原有的高透射率会突变为高这些特征相变材料VO2可广泛应用于光红外探测器、智能控温材料等领域[5]。磁特性变化很大，而且这种相变发生的阻率可达到原来的 2~3倍，有时甚至高间极短的特性可以用于光电开关[7]和超域。基于VO2的相变特性和其在光学领2在微波波段的具体应用。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34;O441

【参考文献】