基于新型人工电磁表面的电磁波辐射特性调控
发布时间：2021-08-08 16:38
人工电磁表面是由一系列亚波长单元结构构成的人造二维电磁材料,它对电磁波强大灵活的调控能力使其成为电磁领域的研究热点。本文立足于人工表面等离激元（SSPP）和相位调控超表面深入研究了人工电磁表面对电磁波的辐射特性调控。主要工作如下:1)基于SSPP的驻波模式提出了一种宽角度的频率控制波束扫描天线,该天线由放置在SSPP波导两侧的金属圆形贴片构成。波导经特殊设计,在工作带宽内传输驻波模式的SSPP,安置在波导两侧的圆形贴片因临近耦合效应能够将SSPP模式转化为空间波模式。仿真和实验结果表明该天线能在9.2GHz-16 GHz范围内实现83°的波束扫描,且增益都在10.3d Bi以上。2)提出了一种单向辐射的频率控制扫描天线,该天线由锯齿状开槽金属-绝缘体-金属（CMIM）结构构成的SSPP波导和放置在背面的辐射贴片构成。提出的CMIM结构波导既作为SSPP波的传输载体,又作为辐射贴片的反射地,从而有效的抑制了电磁波向天线下半空间辐射。仿真以及实验结果表明该天线成功实现了仅在上半空间的单向辐射。3)提出了一种抑制芯片辐射的方案。基于SSPP的表面波特性和色散特性设计出一种辐射抑制结构,该结构...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
具有负介电常数和负磁导率的三维超材料[1,2]
浙江大学博士学位论文绪论4学家名叫Veselago,他发现如果将电磁材料的介电常数ε和磁导率μ设置为负数-左手材料[3-7]，那么就会出现一些比较奇特的物理现象，比如负折射，后向波传输，逆切伦科夫辐射等。不幸的是Veselago提出的这些现象仅仅是从Maxwell方程出发得出的理论结果，并没有具体的实验证实。因此左手材料在当时并没有引起人们的广泛关注。在之后的30年里，左手材料的研究一直处于停滞状态。直到1996年，英国帝国理工学院科学家Pendry创造性的提出了一种金属导线阵列结构[8],从而实现了在特定频段内有效介电常数为负值。1999年，Pendry又用周期排列的开口谐振环（SplitRingResonator,SRR）结构构建了负的磁导率材料[9]。2001年美国Smith教授团队巧妙的将金属导线阵列和方形开口谐振环结合在一起，如图1.1所示，首次用实验验证了负折射这一异常现象[1,2]。美国德克萨斯大学Walser将该人工复合材料称为―metamaterials‖，超材料一词由此而来并很快得到广泛使用。自此关于超材料的研究被正式拉开序幕，大量关于超材料的理论研究，仿真设计，实验验证等工作接连涌现。这些研究成果极大的丰富了微波，光学，电路，材料等领域。超材料所表现出的新颖的电磁特性很快便成为了物理学界和电磁学界的研究热点。图1.2坐标变换光学原理图。（a）和（b）分别表示变换前后的网格空间。其中黑色线空间网格，红色线表示场线轨迹[10]。然而，早期关于超材料的研究大多局限在单元结构的电磁谐振分析,以及如何去构造具有不同特性的双负媒质，至于超材料的实际应用，并没有取得实质性
浙江大学博士学位论文绪论6超材料评选为近十年人类十大科技突破之一。随着对超材料研究的不断深入人们逐渐发现超材料对电磁波的调控能力不仅仅可以应用在电磁隐身，更多关于超材料的应用前景被发掘出来，例如超材料透镜[15]，幻觉器件[16,17]，―电磁黑洞[18]‖，基于超材料的新型天线[19]等,如图1.5所示。近年来，超材料还发展出了吸波器，超表面，人工表面等离激元等新的分支。后两节本文将重点介绍超表面以及人工表面等离激元的概况。图1.4基于超材料的隐身衣设计。（a）微波段二维柱形隐身衣[12]；（b）微波段宽带地毯式隐身衣[14]；（c）光频段隐身器件[13]。图1.5基于超材料的应用。（a）三维超材料Luneburg透镜[15]；（b）超材料―电磁黑洞‖[18]；（c）超材料加载天线[19]。1.2超表面简介超材料是通过在空间有规律的分布亚波长尺寸的单元来实现奇特的电磁特性。但是复杂的三维结构导致超材料存在着一些问题，如加工难度大，自身引入的电磁损耗高和强色散，这些缺陷很大程度上限制了超材料的应用前景。与超材料不同，超表面通过单层或者很薄的多层结构对电磁波进行调控。与波长相比，超表面的厚度可以忽略不计，因此超表面可以认为是一种二维的电磁材料。另外，
【参考文献】：
硕士论文
[1]携带轨道角动量涡旋电磁波天线及传输系统的研究[D]. 回晓楠.浙江大学 2015
本文编号：3330304
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
具有负介电常数和负磁导率的三维超材料[1,2]
浙江大学博士学位论文绪论4学家名叫Veselago,他发现如果将电磁材料的介电常数ε和磁导率μ设置为负数-左手材料[3-7]，那么就会出现一些比较奇特的物理现象，比如负折射，后向波传输，逆切伦科夫辐射等。不幸的是Veselago提出的这些现象仅仅是从Maxwell方程出发得出的理论结果，并没有具体的实验证实。因此左手材料在当时并没有引起人们的广泛关注。在之后的30年里，左手材料的研究一直处于停滞状态。直到1996年，英国帝国理工学院科学家Pendry创造性的提出了一种金属导线阵列结构[8],从而实现了在特定频段内有效介电常数为负值。1999年，Pendry又用周期排列的开口谐振环（SplitRingResonator,SRR）结构构建了负的磁导率材料[9]。2001年美国Smith教授团队巧妙的将金属导线阵列和方形开口谐振环结合在一起，如图1.1所示，首次用实验验证了负折射这一异常现象[1,2]。美国德克萨斯大学Walser将该人工复合材料称为―metamaterials‖，超材料一词由此而来并很快得到广泛使用。自此关于超材料的研究被正式拉开序幕，大量关于超材料的理论研究，仿真设计，实验验证等工作接连涌现。这些研究成果极大的丰富了微波，光学，电路，材料等领域。超材料所表现出的新颖的电磁特性很快便成为了物理学界和电磁学界的研究热点。图1.2坐标变换光学原理图。（a）和（b）分别表示变换前后的网格空间。其中黑色线空间网格，红色线表示场线轨迹[10]。然而，早期关于超材料的研究大多局限在单元结构的电磁谐振分析,以及如何去构造具有不同特性的双负媒质，至于超材料的实际应用，并没有取得实质性
浙江大学博士学位论文绪论6超材料评选为近十年人类十大科技突破之一。随着对超材料研究的不断深入人们逐渐发现超材料对电磁波的调控能力不仅仅可以应用在电磁隐身，更多关于超材料的应用前景被发掘出来，例如超材料透镜[15]，幻觉器件[16,17]，―电磁黑洞[18]‖，基于超材料的新型天线[19]等,如图1.5所示。近年来，超材料还发展出了吸波器，超表面，人工表面等离激元等新的分支。后两节本文将重点介绍超表面以及人工表面等离激元的概况。图1.4基于超材料的隐身衣设计。（a）微波段二维柱形隐身衣[12]；（b）微波段宽带地毯式隐身衣[14]；（c）光频段隐身器件[13]。图1.5基于超材料的应用。（a）三维超材料Luneburg透镜[15]；（b）超材料―电磁黑洞‖[18]；（c）超材料加载天线[19]。1.2超表面简介超材料是通过在空间有规律的分布亚波长尺寸的单元来实现奇特的电磁特性。但是复杂的三维结构导致超材料存在着一些问题，如加工难度大，自身引入的电磁损耗高和强色散，这些缺陷很大程度上限制了超材料的应用前景。与超材料不同，超表面通过单层或者很薄的多层结构对电磁波进行调控。与波长相比，超表面的厚度可以忽略不计，因此超表面可以认为是一种二维的电磁材料。另外，
【参考文献】：
硕士论文
[1]携带轨道角动量涡旋电磁波天线及传输系统的研究[D]. 回晓楠.浙江大学 2015
本文编号：3330304
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3330304.html
