基于超表面的天线增强和多功能器件的设计

发布时间：2021-01-18 13:34

　　超材料（Metamaterial）是近几年电磁领域的研究热点,它可以实现自然界中传统材料所不具备的性质,被广泛应用于各个学科和领域中。超材料是由亚波长单元按照一定序列排布而成,拥有对电磁波的调控能力。由于早期的研究对象为三维结构,在实际应用中不可避免地出现了体积繁重、损耗大的缺点,限制了其进一步发展。超表面（Metasurface）是超材料的二维表现形式,其超薄的结构解决了传统超材料的许多缺点,因此已经在很多应用中逐渐取代了超材料,掀起了新的研究热潮。超表面可调控电磁波的相位、幅度以及偏振方式,本文利用这些特性设计了基于超表面的天线增强和一系列多功能器件。具体内容和创新点有以下几方面:1.研究非谐振超材料在天线中的作用。设计并优化由半环形组成的超材料结构单元,使其可以在Ka波段内实现非谐振效应,并通过散射（S）参数反演法提取有效电磁参数,将其等效为均匀媒质;将超材料按照不同排列方式加载在对数周期天线上,天线的增益提高4.2dB。同时减小了天线在整个频段内的增益差量,有利于其在无线通讯中的应用。该结构还可被应用于太赫兹波段。2.设计多频多功能超表面并研究其性质。基于C形开口谐振环的性质,... 

【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

首次人工合成电磁材料

图 1.3 加载弯折线超材料的渐变槽线天线非谐振超材料可以用来设计渐变折射率透镜，它能实现对入射波波前的修正，实现从准柱面波和球面波对平面波的转换，进而改善天线的方向性，而且非谐振的性质满足了宽频带低损耗的需求，弥补了零折射率超材料的缺点。目前国内外对超材料在天线中的应用已取得了一系列的成就[21-23]，而对于利用非谐振超材料提高天线的增益方面还在进一步探索和发展中，LeiChen 等人[24]设计了由平行线组成的非谐振超材料结构，并利用其将锥形槽天线的增益在 6-19GHz 内提高了1.3-3.6dB。本文也将对非谐振型材料展开一些研究。

主要为以下几方面：偏折器[25-29]和超表面透镜[30,31]光束控制器件的工作为了实现对波束的控制，需设计成各种镜。超表面由于对相位的可控性也可用于设计各种光学器件状结构最早被提出，分别实现了对线极化和圆极化入射波的异结构的效率都比较低，后来双层结构被提出，通过两层结构的交叉极化波的效率达到了 36%。在可见光频段，金属本身的欧料结构的进一步发展，而高介电常数由于其较低的损耗开始被而且更重要的是，在电谐振和磁谐振共存的结构中，由于它们振反射被抑制，进而提高了传输效率。一般的，用于聚焦或成于工作波长，而随着梯度超表面的提出，利用相位可控的平面成为如今科研的研究重点。

【参考文献】：
期刊论文
[1]半模基片集成波导馈电的对数周期偶极子天线[J]. 翟国华,洪伟,蒯振起.  微波学报. 2009(01)
[2]浅议惠更斯原理[J]. 白春燕.  思茅师范高等专科学校学报. 2007(03)



本文编号：2985040