基于场变换理论的电磁波极化转换器
发布时间：2020-08-28 11:49
人工电磁材料是指具有自然界物质不具备的特殊电磁特性的人工复合结构,一般是由亚波长尺寸的单元结构经过有序或者随机排列组合而成。近年来,由于人工电磁材料表现出的各种奇异物理特性使其成为了电磁学甚至是光学领域的研究热点。尤其是由人工电磁材料理论发展而来的变换光学,在极化转换、波束变换等电磁波调控方面大放异彩,有着非常广阔的应用前景。随着研究的深入,变换光学的一些局限性逐渐凸显,于是作为变换光学延伸与补充的场变换方法被提出来,并受到了科研人员的重视。本文利用场变换的方法设计了工作在微波段的电磁波调控器件,对自由空间中线极化波实现了极化转换与矢量波束转换的功能。其原理是通过场变换的方法对介电常数矩阵非对角线元素进行设计,改变电磁波电场分量与磁场分量的耦合系数从而达到改变电磁波极化方向的效果。本文通过仿真分析,并使用3D打印机制备样品进行实验测试验证了原理的可行性。本文的主要内容如下:1、基于场变换方法,以等效介质理论为手段,设计了一种工作在毫米波波段的宽带转极化半波片。由于半波片由纯介质构成,工作在0阶模式,仿真结果显示在22GHz-36GHz的频段内都能够实现-3dB的极化转换。波片设计的本征参数对入射角没有限制,实现了宽入射角极化转换,在仿真软件中入射角为60°时,在21.8GHz到32GHz内依然能够达到-3dB的转化效率。用点聚焦透镜天线对波片性能进行了实验测试验证,实验测试结果与仿真结果比较吻合,验证了利用场变换方法调控电磁波的可行性。2、基于场变换方法设计半波片的基础,设计了一种主要工作在X波段的矢量波束转换器,将自由空间中不同极化方向的线极化波转化为对应的矢量波束。矢量波束转换器由8块区域构成,通过设计8块区域的波片,使每块区域能将出射电磁场极化方向调控至不同方向,实现了在10GHz-12GHz的频带中将线极化波转换为矢量波束的效果。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O441
【部分图文】：
手媒质”的有效方法。实现负介电常数与负磁导率的方案最早是由英国帝国理工逡逑学院的Ｊ．邋Ｂ．邋Ｐｅｎｄｒｙ课题组提出。Ｐｅｎｄｒｙ课题组在１９９６年设计出使用金属线周期逡逑性排布的方法构成等离子体激元（图１．２（ａ）），在微波段实现了负的介电常数［１１］。逡逑１９９８年，Ｐｅｎｄｒｙ课楲组在之前的研究基础上，设计出开口谐振环的单元结构（图逡逑１．２（ｂ）），实现了微波段的负磁导率［１２］。逡逑逦—逡逑（ａ）逡逑ａ逡逑（ｂ）逡逑图１．２』．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ提出的分别用来实现负介电常数和负磁导率的单元结构逡逑（ａ）金属线（ｂ）金属环结构逡逑２逡逑
在一种经过设计的由人工电磁材料制成的具有渐变折射率的“斗篷”里，电磁波进逡逑入“斗篷”后，传播方向将会发生弯折和改变，这样电磁波在传播过程中就绕过包逡逑裹在“斗篷”中的物体，所以该物品就像“隐身”了一样（图１．４）。Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ与逡逑Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ将设计这种“隐身斗篷”的方法称为“变换光学”（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ逡逑Ｏｐｔｉｃｓ／Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ邋Ｏｐｔｉｃｓ）。同年，Ｐｅｎｄｒｙ课题组中的科研人员设计了一个逡逑简单的实验验证了变换光学的可行性［２４］。逡逑柋。}沐义贤迹保础耙矶放瘛保郏玻玻蒎义匣诒浠还庋杓频摹耙矶放瘛钡玫搅说绱帕煊蜃颐堑墓刈ⅰ＝昀矗藉义侠丛蕉嗟摹耙矶放瘛钡纳柘氡惶岢隼矗渲邪ɡ醚遣ǔさ慕鹗粝撸郏玻担菀约岸噱义喜憬橹剩郏玻叮莨钩伞耙矶放瘛钡纳柘搿Ｋ淙徽庑┥柘朐诶砺凵隙寄苁迪炙降摹耙怼卞义闲Ч怯捎诒浠还讨谢岬贾碌绱挪问缃榈绯Ｊ蛘叽诺悸蚀嬖谄嬉煨裕义纤栽谘分票讣笆笛椴馐灾写嬖诶选＃剩澹蹋榭翁庾樵冢玻埃埃改晏岢隽艘恢忠礤义系靥航峁菇饩隽苏飧鑫侍猓郏玻罚荨Ｕ庵忠淼靥航峁估帽浠还庋Ю砺劢矫驽义献晃撸饩隽斯庋П浠缓蟛牧喜问嬖谄嬉煨缘奈侍狻Ｋ婧螅裕剩茫酰橛脲义希模遥樱恚椋簦枇闲∽槔茫体澹蹋榭翁庾榈睦砺劢辛宋⒉ǘ巍耙淼靥骸钡氖笛楣ぷ麇义希郏玻福荩橹ち隋濉淼靥骸钡目尚行浴ｅ义纤孀呕诒浠还庋г嚼丛蕉嗫蒲谐晒某鱿郑蒲腥嗽倍缘绱挪ɡ砺垡约氨溴义匣还庋Х矫孀隽烁嗌钊氲奶致郏郏玻梗荩郏常梗荨Ｔ诒浠还庋Ю砺厶岢鲋
本文编号：2807543
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O441
【部分图文】：
手媒质”的有效方法。实现负介电常数与负磁导率的方案最早是由英国帝国理工逡逑学院的Ｊ．邋Ｂ．邋Ｐｅｎｄｒｙ课题组提出。Ｐｅｎｄｒｙ课题组在１９９６年设计出使用金属线周期逡逑性排布的方法构成等离子体激元（图１．２（ａ）），在微波段实现了负的介电常数［１１］。逡逑１９９８年，Ｐｅｎｄｒｙ课楲组在之前的研究基础上，设计出开口谐振环的单元结构（图逡逑１．２（ｂ）），实现了微波段的负磁导率［１２］。逡逑逦—逡逑（ａ）逡逑ａ逡逑（ｂ）逡逑图１．２』．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ提出的分别用来实现负介电常数和负磁导率的单元结构逡逑（ａ）金属线（ｂ）金属环结构逡逑２逡逑
在一种经过设计的由人工电磁材料制成的具有渐变折射率的“斗篷”里，电磁波进逡逑入“斗篷”后，传播方向将会发生弯折和改变，这样电磁波在传播过程中就绕过包逡逑裹在“斗篷”中的物体，所以该物品就像“隐身”了一样（图１．４）。Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ与逡逑Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ将设计这种“隐身斗篷”的方法称为“变换光学”（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ逡逑Ｏｐｔｉｃｓ／Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ邋Ｏｐｔｉｃｓ）。同年，Ｐｅｎｄｒｙ课题组中的科研人员设计了一个逡逑简单的实验验证了变换光学的可行性［２４］。逡逑柋。}沐义贤迹保础耙矶放瘛保郏玻玻蒎义匣诒浠还庋杓频摹耙矶放瘛钡玫搅说绱帕煊蜃颐堑墓刈ⅰ＝昀矗藉义侠丛蕉嗟摹耙矶放瘛钡纳柘氡惶岢隼矗渲邪ɡ醚遣ǔさ慕鹗粝撸郏玻担菀约岸噱义喜憬橹剩郏玻叮莨钩伞耙矶放瘛钡纳柘搿Ｋ淙徽庑┥柘朐诶砺凵隙寄苁迪炙降摹耙怼卞义闲Ч怯捎诒浠还讨谢岬贾碌绱挪问缃榈绯Ｊ蛘叽诺悸蚀嬖谄嬉煨裕义纤栽谘分票讣笆笛椴馐灾写嬖诶选＃剩澹蹋榭翁庾樵冢玻埃埃改晏岢隽艘恢忠礤义系靥航峁菇饩隽苏飧鑫侍猓郏玻罚荨Ｕ庵忠淼靥航峁估帽浠还庋Ю砺劢矫驽义献晃撸饩隽斯庋П浠缓蟛牧喜问嬖谄嬉煨缘奈侍狻Ｋ婧螅裕剩茫酰橛脲义希模遥樱恚椋簦枇闲∽槔茫体澹蹋榭翁庾榈睦砺劢辛宋⒉ǘ巍耙淼靥骸钡氖笛楣ぷ麇义希郏玻福荩橹ち隋濉淼靥骸钡目尚行浴ｅ义纤孀呕诒浠还庋г嚼丛蕉嗫蒲谐晒某鱿郑蒲腥嗽倍缘绱挪ɡ砺垡约氨溴义匣还庋Х矫孀隽烁嗌钊氲奶致郏郏玻梗荩郏常梗荨Ｔ诒浠还庋Ю砺厶岢鲋
本文编号：2807543
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