X波段反射式电磁波束调控表面

发布时间：2020-04-17 02:45

【摘要】：反射阵列超表面在无线远程通信系统中有着重要的应用,由于它们的增益很高、波束宽度很窄、结构很简单。本文提出了一种在X波段工作的反射式波束聚焦表面阵列结构与波束偏转表面阵列结构。主要研究内容可以概括为以下几个方面:本文设计了工作在10 GHz的反射阵列的基本单元,为了实现波束偏转与聚焦,采用带状线作为延迟线来补偿相位,相位补偿范围可以实现0~2π。本文设计了六种离散的反射相位,分别为0度单元、60度单元、120度单元、180度单元、240度单元和300度单元。设计10 GHz时,聚焦于3倍、5倍、7倍和10倍波长的聚焦表面阵列,在指定聚焦位置后计算得到需要的相位,进而从这六种相位中找到对应的状态,然后建模仿真。在仿真时使用高斯波束作为馈源,仿真观察电场,得到仿真图聚焦效果与理论设计一致。本文设计了工作在10 GHz的偏转表面阵列,实现反射波束在0~30度范围偏转,分别设计了平面波垂直入射时的偏转表面阵列和实际馈源喇叭入射时的偏转表面阵列,仿真分析远场分布图,通过仿真图可以得到远场方向图显示偏转到指定角度,与理论设计偏转角度一致。本文设计使用12个单元,相邻单元之间相差30度,首尾单元相位相差30度,相位使用unit cell的边界条件进行仿真,得到主波束偏转14度的超表面。本文使用6个基本单元,相邻单元之间相位相差60度,首尾相位之间相差60度,使用周期结构边界条件进行仿真,设计得到了主波束偏转29度超表面。本文简单阐述了可以在带状线延迟线上加载开关二极管,通过控制开关二极管的断开与导通,进而实现不同的相位变化。为了方便测试,本文选择加工偏转20度的表面阵列,馈源采用喇叭天线,馈源喇叭可以实现8 GHz~13 GHz范围内的良好辐射,因此适合于工作在X波段。对偏转20度表面阵列进行测试可得到,该表面偏转效果符合理论预期。
【图文】：

图 1-1 可调超表面结构图[1]右侧虚线框中标注的是超表面的基本的结构单元，元周期排列的，每个单元加载变容二极管，通过改容二极管具有不同的容值，进而每个单元可实现不入变容二极管，不同的容值可实现不同的相位，如不同时，反射相位与频率的关系。图 1-2 反射相位图[1]

- 2 -图 1-2 反射相位图[1]evenpiper 等研究人员提出了电可调阻抗表面，，，工作频率为 2.5 GHz~4.5 GHz，反射相位可表面之所以是可调的是因为通过在超表面结构调节偏压来控制谐振频率和反射相位，同时还比传统的反射阵结构更大的带宽，这种电调节阵成本更低。在电可调阻抗表面中加载变容二
【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】：2018
【分类号】：TN820

【参考文献】

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1 刘桐君;习翔;令永红;孙雅丽;李志伟;黄黎蓉;;宽入射角度偏振不敏感高效异常反射梯度超表面[J];物理学报;2015年23期

本文编号：2630358