基于优化算法和超表面的电磁波调控研究

发布时间：2020-03-30 16:35

【摘要】：随着电磁理论的不断完善,电磁波调控技术也得到了很大的发展。一般来说,电磁波调控主要是针对波束的幅度和相位。本文主要讨论波束调控中关于平面波综合、波束偏折器和超透镜三个问题。在辐射体测量和散射体测量中,照射平面波是获得远场辐射和散射特性的必要条件。对比传统的获取平面波的方法,平面波综合技术设计灵活,体积较小,且适用于任何频段。结合优化算法,近场法在平面波综合中有着优秀的表现,但是可以发现阵列天线的激励网络比较复杂。人工电磁超表面的提出使各个波段的电磁波调控器件获得了新的设计思路,利用亚波长尺寸的超表面宏观序列可以获得波束的任意相位分布,从而实现对电磁波的精准调控,然而透射效率和单频点工作是超表面设计中两个问题。本论文的主要研究工作和成果如下:1.基于最小二乘法,分别研究了二维和三维情况下平面波综合技术,并且讨论了对固定大小的静区,阵列天线个数不同对平面波平整度的影响,在指定的区域形成幅度波动小于0.5dB,相位波动小于5°的准平面波。针对由最小二乘法综合出的阵列天线馈电网络较为复杂的问题,基于遗传算法,在给定天线单元功率的情况下,优化单元的激励幅度和位置。数值计算结果表明该方法大大减小了激励网络的复杂度。2.提出了基于互补开口谐振环(CSRR)和电场耦合(ECL)谐振器的高效双频超表面单元。其交叉极化透射效率达到0.7以上,通过旋转超表面微结构实现了2π相位覆盖,并且讨论了超表面单元能够在两个频点独立调控透射性能的原因。3.基于本文提出的超表面单元,设计了高效双频波束偏折器以及超透镜。结果证明该波束偏折器在两个频点的偏折效果均与广义斯涅尔定律相符,且对于入射的左旋和右旋圆极化波有相反的偏折方向。类似地,超透镜的数值仿真结果与电磁软件仿真结果相互验证,在两个频点均实现了预期的聚焦效果。并且可以发现当分别入射左旋或右旋圆极化波时,该超透镜会分别产生聚焦或者发散现象,证明了该波束偏折器和和超透镜具有偏振依赖性。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O441

【参考文献】