基于电磁超表面的幅度与相位调控器件设计

发布时间：2017-04-30 04:17

  本文关键词：基于电磁超表面的幅度与相位调控器件设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电磁超材料是由亚波长单元组成的,具有新颖电磁特性的人工结构。电磁超表面是二维形式的特殊电磁超材料,克服了三维电磁超材料体积大、损耗高等不足之处。本论文主要围绕电磁超表面对电磁波幅度与相位的调控作用展开研究,通过理论推导与模型仿真,验证了电磁超表面操控电磁波的可行性。本论文主要研究内容如下：1.分析了电磁超表面器件设计的一般理论与方法。目前其设计方法主要有两种：第一种方法是根据惠更斯原理,通过入射场与出射场计算出待设计的电磁超表面上的表面磁阻抗和表面电导纳分布,而后通过提取单元结构的表面电导纳与表面磁阻抗设计与之相对应的结构。第二种是基于广义斯涅耳定律引入的附加相位的概念,利用电磁超表面在入射界面实现相位突变,以便于设计反常折射的器件。2.通过联合仿真并借助遗传算法设计了电磁超表面幅度调控单元,该单元为矩形开口谐振环。分析了天线副瓣削减的机理,并利用幅度调控单元设计了一种单层的电磁超表面。将所设计的电磁超表面加载于矩形喇叭天线口面后,可以将天线口面场的非均衡分布调整为高斯曲线线型分布,有效地削减了天线的远场副瓣电平。3.借助于遗传算法设计了电磁超表面相位调控单元,该单元为四层的双开口环螺旋结构。利用这种结构分别设计了波束偏折电磁超表面阵列与电磁聚焦阵列,验证了电磁超表面对相位的调控能力。
【关键词】：电磁超材料 电磁超表面 幅度调控 相位调控 广义斯涅耳定律
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 电磁超材料的基本概念8-9
• 1.2 电磁超材料的发展历史9-12
• 1.3 电磁超表面的基本概念及优势12-13
• 1.4 本论文主要内容13-14
• 第二章 电磁超表面的相关设计理论与优化算法14-30
• 2.1 惠更斯原理14-15
• 2.2 电磁超表面的理论设计方法15-21
• 2.2.1 表面阻抗导纳设计方法16-20
• 2.2.2 广义斯涅耳定律20-21
• 2.3 遗传算法21-25
• 2.3.1 遗传算法基本术语21-22
• 2.3.2 遗传算法一般步骤22-24
• 2.3.3 遗传算法的优缺点24-25
• 2.4 联合仿真25-28
• 2.4.1 Matlab-CST接口25
• 2.4.2 联合仿真流程25-26
• 2.4.3 联合仿真相关控制代码26-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 基于电磁超表面的幅度调控阵列设计30-48
• 3.1 天线的远场方向图30-32
• 3.2 矩形喇叭天线32-36
• 3.3 基于电磁超表面幅度调控单元设计36-41
• 3.4 仿真结果分析41-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 基于电磁超表面的相位调控阵列设计48-62
• 4.1 基于电磁超表面的波束偏折原理48-49
• 4.2 基于电磁超表面的波束偏折单元设计49-53
• 4.3 基于电磁超表面的波束偏折阵列设计53-55
• 4.4 基于电磁超表面的聚焦器件设计55-60
• 4.5 本章小结60-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间的研究成果70

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