基于超材料结构的极化调控研究

发布时间：2017-07-31 09:07

  本文关键词：基于超材料结构的极化调控研究

  更多相关文章： 超材料 手征性 各向异性 极化调控

【摘要】：现代无线通信系统中,圆极化波具有抗多径效应、抗雨雾干扰等独特优势。它在卫星、飞行器、物联网等通信领域均有广泛应用。而传统产生圆极化波的方法往往尺寸厚重,不利于系统集成。超材料由于其独特的电磁特性近年来越来越受到电磁学领域的关注。超材料对于电磁波极化状态有着优良的调控性能,它为高效便捷的进行极化调控提供了新途径。本文主要研究基于超材料结构的电磁波极化调控超表面。分别从手性结构和各向异性结构两个路径设计了三种结构模型。并且通过仿真与实验来分析模型结构的性能,讨论它们的工作机理。论文的主要内容有以下几点:(1)基于手性单元结构特性,设计了N型结构极化调控表面。它是由上下两层相互旋转90°的N型金属结构和中间的介质基板组成。该结构能够在3.67 GHz和3.78 GHz处将入射y方向线极化波转换分别为左旋和右旋圆极化波。通过对透射波椭偏度和旋光角的分析,也验证了设计的旋光性。对N型手性结构的表面电流进行的仿真分析表明,手性结构的电磁场交叉极化使得电磁波在通过手性材料后具有不同相速度的极化波,从而使它能对电磁波的极化进行控制。(2)基于各向异性单元结构特性,设计了Q型非扭曲结构极化调控表面。它由上下两层对齐的Q型金属环结构和介质板组成。它的工作原理类似于线性双折射,它能在表面的两个正交方向上产生不同的折射率,从而将入射线极化波转换为圆极化波。经过仿真和实验的验证,表明该材料能在4.08 GHz时产生右旋圆极化波,而在5 GHz时产生左旋波。基于相似的机理,我们设计了缺陷金属环各向异性结构。它由顶层缺陷金属结构、底层Q型金属结构和介质板组成。他同样能在4.5 GHz和4.9 GHz处分别产生左旋和右旋圆极化波。对结构的几何尺寸参数仿真显示,能够通过改变结构的尺寸和形状对最终的极化调控效果进行调节和优化。通过对各种基于超材料结构的电磁波极化调控研究,显示了超材料作为一种新兴电磁技术的的巨大研究潜力。
【关键词】：超材料 手征性 各向异性 极化调控
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;O441
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 超材料的研究现状9-10
• 1.3 基于超材料的极化调控研究现状10-15
• 1.3.1 基于手性结构超材料的极化调控发展11-13
• 1.3.2 基于各向异性超材料的极化调控发展13-15
• 1.4 本文的主要内容及章节安排15-17
• 2 超材料和极化旋转理论17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 超材料的实现原理17-20
• 2.2.1 负介电常数17-18
• 2.2.2 负磁导率18-20
• 2.3 超材料结构的研究方法20-22
• 2.3.1 数值分析法20-21
• 2.3.2 等效电路模型21-22
• 2.3.3 等效介质理论22
• 2.4 基于超材料结构的极化调控理论22-25
• 2.4.1 手性材料调控原理22-24
• 2.4.2 各向异性材料调控原理24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 N型手性结构超材料的极化转换26-35
• 3.1 N型手性超材料结构模型设计26-27
• 3.2 仿真与实验结果理论分析27-32
• 3.2.1 透射系数27-28
• 3.2.2 共极化与交叉极化系数28-29
• 3.2.3 旋光角与椭偏度29-30
• 3.2.4 表面电流分析30-32
• 3.3 几何参数讨论32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 Q型非扭曲各向异性极化转换35-51
• 4.1 Q型非扭曲结构模型设计35-36
• 4.2 仿真与实验结果理论分析36-40
• 4.2.1 透射系数36-37
• 4.2.2 共极化与交叉极化系数37
• 4.2.3 旋光度与椭偏角37-38
• 4.2.4 表面电流分析38-40
• 4.3 几何参数仿真讨论40-44
• 4.4 衍生结构44-50
• 4.4.1 非扭曲缺陷金属环结构模型44-45
• 4.4.2 非扭曲缺陷环结构结果分析45-48
• 4.4.3 非扭曲缺陷环结构参数仿真讨论48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5 总结与展望51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-57
• 附录57
• A.作者在攻读学位期间发表的论文及专利目录57
• B.作者在攻读学位期间参加的科研工作57

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本文编号：598371