基于超表面的宽带电磁波极化调控研究

发布时间：2021-02-06 17:09

　　随着通信的高速发展以及5G的到来,人们对于电磁波传播的要求越来越高,在卫星通信、天线等军事领域尤为明显。其中,要想控制电磁波的传播,对电磁波极化调控的研究必不可少。因此,如何简单、高效地操控电磁波的极化状态在军事领域以及现代通信领域都至关重要。超表面是一种具有亚波长尺寸的二维超材料阵列平面,研究发现,通过设计它的单元结构和排列方式可以实现电磁波的极化调控,而且具有尺寸小、应用范围广以及易于集成等优势。本文基于反射型超表面提出了两种具有超宽带特性的极化转换器。此外,通过优化超表面的结构,设计了三种具有不同极化调控功能的超表面,具有设计灵活、功能多样化的优势。不仅如此,还基于透射型超表面提出了一种具有宽频带特性的带通滤波器,达到了非常优良的滤波性能。具体的研究内容如下:1.首先研究了极化调控的相关电磁理论,并对反射型超表面实现极化调控的原理进行了分析。在此基础上,基于反射型超表面提出了两款超宽带特性的交叉极化转换器。仿真和相应的实验结果表明,这两种极化转换器可以分别在18GHz和14GHz以上的频带范围内实现高效率、高性能的交叉极化转换,极化转换率（PCR）在95%左右,具有重要的应用价值... 

【文章来源】：曲阜师范大学山东省

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 基于超表面的极化调控研究现状
    1.3 本文的主要工作
第2章 超表面控制极化的相关电磁理论、仿真和实验方法
    2.1 电磁波的极化形式
        2.1.1 线极化波
        2.1.2 圆极化波
        2.1.3 椭圆极化波
    2.2 负折射理论
    2.3 广义斯涅尔定律
    2.4 超表面的各向异性
    2.5 等效电路模型
        2.5.1 反射型超表面的等效电路模型
        2.5.2 透射型超表面的等效电路模型
    2.6 电磁仿真和实验
        2.6.1 仿真方法和数值分析法
        2.6.2 实验仪器与测试方法
    2.7 本章小结
第3章 基于反射型超表面的超宽带极化转换器设计
    3.1 反射型超表面的极化调控原理分析
    3.2 单元结构设计
        3.2.1 B形结构极化转换器的单元结构设计
        3.2.2 椭圆结构极化转换器的单元结构设计
    3.3 仿真结果分析
        3.3.1 B形结构极化转换器的仿真结果分析
        3.3.2 椭圆结构极化转换器的仿真结果分析
        3.3.3 极化转换器的结构参数优化分析
    3.4 物理机理分析
        3.4.1 B形结构极化转换器的表面电流分析
        3.4.2 椭圆结构极化转换器的表面电流分析
    3.5 实验验证分析
    3.6 本章小结
第4章 三种具有不同优异特性的极化转换超表面
    4.1 一种可以实现线-圆和线-交叉极化转换的超表面
        4.1.1 引言
        4.1.2 单元结构设计
        4.1.3 仿真结果分析
        4.1.4 表面电流分析
    4.2 具有频移特性的超宽带极化转换超表面
        4.2.1 单元结构设计
        4.2.2 仿真结果分析
        4.2.3 表面电流分析
    4.3 具有双频带特性的高效率极化转换超表面
        4.3.1 单元结构设计
        4.3.2 仿真结果分析
    4.4 本章小结
第5章 基于透射型超表面的带通滤波器设计
    5.1 引言
    5.2 滤波性能的原理分析
    5.3 滤波器的单元结构分析
    5.4 仿真结果分析
    5.5 结构参数的影响分析
    5.6 表面电流分析
    5.7 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
在校期间发表的学术论文及研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于极化旋转单元的宽带雷达散射截面缩减[J]. 舒元亮,张云华,朱国强,何思远,殷红成,闫华.  电波科学学报. 2019(01)
[2]基于单层线-圆极化转换聚焦超表面的宽带高增益圆极化天线设计[J]. 李唐景,梁建刚,李海鹏,牛雪彬,刘亚峤.  物理学报. 2017(06)
[3]一种新型线-圆极化转换反射阵天线设计[J]. 王泉,李鹏凯.  电子技术应用. 2016(12)
[4]Broadband perfect polarization conversion metasurfaces[J]. 陈红雅,王甲富,马华,屈绍波,张介秋,徐卓,张安学.  Chinese Physics B. 2015(01)
[5]超宽带滤波器技术(英文)[J]. 褚庆昕,王世伟.  微波学报. 2013(Z1)

硕士论文
[1]超宽带穿墙雷达天线设计与研制[D]. 汤智.电子科技大学 2018
[2]基于超介质的电磁波极化调控器件研究[D]. 杨东.华中师范大学 2017



本文编号：3020802