基于超表面的无线信号极化变换技术研究
发布时间：2020-12-07 20:12
极化是电磁波的基本属性之一,它在无线通信领域中有着十分重要的应用,所以如何简单、高效地控制电磁波的极化方向一直是电磁波领域的一个热门研究课题。利用人工电磁超表面(Metasurface)来设计极化转换器为该领域的研究提供了新思路。人工电磁超表面是由周期排列的二维单元结构组成的人工电磁结构,通过设计不同的单元结构来实现对入射电磁波的调制功能,它有着体积小、易与其他设备集成的优点。本文针对Ku波段分别设计了透射型和反射型的极化转换器,实现了入射线极化波到其正交极化波的转换。将反射型的极化转换超表面与微带天线结合应用,设计出了一种低雷达截面(RCS,Radar Cross Section)的新型天线,为减少天线的RCS提供了新思路。主要研究内容有如下几点:(1)对超表面的极化转换理论进行了讨论,提出了一种针对Ku波段的透射型线极化转换超表面,并对其单元结构、表面电流和等效电路做出了分析。通过仿真和实验测量显示它在12.5GHz~17.5GHz频段内实现了将垂直入射的x极化波透射后转换为y极化波,并使透射极化转换效率最高达到了90%。(2)分析了反射型极化转换超表面的极化转换原理,提出了针对K...
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波分量的相位差图3.3表示的是透射后的u极化电磁波tuE与v极化电磁波tvE的相位差（Δ），从
图 3.4 所示的情况是入射波沿着 z 轴负方向即从超表面正面垂直入射所得到的仿真结果，分为入射波是 x 极化或者 y 极化两种情况，图中的 Txx和 Tyy分别是正面或者反面入射下的同极化的透射系数，Txy和 Tyx分别是正面或者反面入射下的交叉极化的透射系数，Rxx和 Ryy分别是正面或者反面入射下的同极化的反射系数，Rxy和 Ryx分别是正面或者反面入射下的交叉极化的反射系数，图 3.4（a）可以看出入射为 x 极化波时，在大约12.5 GHz 到 17.5 GHz 之间，除了交叉极化上的透射系数外，其他的透射和反射系数都是低于-10dB 的，透射的同极化系数、反射的同极化与正交极化系数最低都在-20dB 以下， 交叉极化的透射系数则是在-2dB 以上的。图 3.4（b）可以看出入射为 y 极化波时，在 12 GHz 到 17.5 GHz 之间，透射波的同极化和交叉极化的透射系数都保持在很低的状态，再加上同极化的反射系数极高，很多地方都接近于 0dB，说明基本上所有电磁波都被反射回空气中了，并没有电磁波能透射过该电磁超表面。
贵州大学硕士研究生学位论文这是因为超表面单元的正面和背面是旋转对称的，所以用 x 极化的入射波从正面入射时和用 y 极化的入射波从背面入射时，入射波的极化方向和超表面单元结构的相对位置是一样的，说明此时两种情况几乎是一样的，从正面入射的 x 极化波能透射到背面的空间中，并发生极化旋转，从背面入射的 y 极化波也能透射到正面的空间并发生极化旋转又因为正面的 y 极化入射波并不能透射过超表面，与之对应的就是从背面入射的 x 极化波也不能透过超表面。两个相同极化的电磁波从不同方向入射超表面时，一个能透射并发生交叉极化转换，另一个却不能并被阻挡，这样的特性被称为非对称传输特性[78-80]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于傅里叶分析的超表面多维光场调控[J]. 杨渤,程化,陈树琪,田建国. 光学学报. 2019(01)
[2]超表面在红外波段的光传输特性:偏振控制、旋光性和不对称传输[J]. 潘威康,汤登飞,董建峰. 材料导报. 2018(05)
[3]基于各向异性超表面的太赫兹宽带偏振转换器[J]. 李永花,周璐,赵国忠. 中国激光. 2018(03)
[4]电磁超材料中负磁导率对负介电常数的影响[J]. 黄勇军,文光俊,李天倩,谢康. 强激光与粒子束. 2010(10)
博士论文
[1]新型人工电磁表面的理论、设计及系统级应用[D]. 李允博.东南大学 2016
[2]人工电磁结构极化调制材料的设计及其应用研究[D]. 马晓亮.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
硕士论文
[1]基于手征结构超材料电磁波极化调控的研究[D]. 谢立云.华中师范大学 2014
本文编号：2903837
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波分量的相位差图3.3表示的是透射后的u极化电磁波tuE与v极化电磁波tvE的相位差（Δ），从
图 3.4 所示的情况是入射波沿着 z 轴负方向即从超表面正面垂直入射所得到的仿真结果，分为入射波是 x 极化或者 y 极化两种情况，图中的 Txx和 Tyy分别是正面或者反面入射下的同极化的透射系数，Txy和 Tyx分别是正面或者反面入射下的交叉极化的透射系数，Rxx和 Ryy分别是正面或者反面入射下的同极化的反射系数，Rxy和 Ryx分别是正面或者反面入射下的交叉极化的反射系数，图 3.4（a）可以看出入射为 x 极化波时，在大约12.5 GHz 到 17.5 GHz 之间，除了交叉极化上的透射系数外，其他的透射和反射系数都是低于-10dB 的，透射的同极化系数、反射的同极化与正交极化系数最低都在-20dB 以下， 交叉极化的透射系数则是在-2dB 以上的。图 3.4（b）可以看出入射为 y 极化波时，在 12 GHz 到 17.5 GHz 之间，透射波的同极化和交叉极化的透射系数都保持在很低的状态，再加上同极化的反射系数极高，很多地方都接近于 0dB，说明基本上所有电磁波都被反射回空气中了，并没有电磁波能透射过该电磁超表面。
贵州大学硕士研究生学位论文这是因为超表面单元的正面和背面是旋转对称的，所以用 x 极化的入射波从正面入射时和用 y 极化的入射波从背面入射时，入射波的极化方向和超表面单元结构的相对位置是一样的，说明此时两种情况几乎是一样的，从正面入射的 x 极化波能透射到背面的空间中，并发生极化旋转，从背面入射的 y 极化波也能透射到正面的空间并发生极化旋转又因为正面的 y 极化入射波并不能透射过超表面，与之对应的就是从背面入射的 x 极化波也不能透过超表面。两个相同极化的电磁波从不同方向入射超表面时，一个能透射并发生交叉极化转换，另一个却不能并被阻挡，这样的特性被称为非对称传输特性[78-80]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于傅里叶分析的超表面多维光场调控[J]. 杨渤,程化,陈树琪,田建国. 光学学报. 2019(01)
[2]超表面在红外波段的光传输特性:偏振控制、旋光性和不对称传输[J]. 潘威康,汤登飞,董建峰. 材料导报. 2018(05)
[3]基于各向异性超表面的太赫兹宽带偏振转换器[J]. 李永花,周璐,赵国忠. 中国激光. 2018(03)
[4]电磁超材料中负磁导率对负介电常数的影响[J]. 黄勇军,文光俊,李天倩,谢康. 强激光与粒子束. 2010(10)
博士论文
[1]新型人工电磁表面的理论、设计及系统级应用[D]. 李允博.东南大学 2016
[2]人工电磁结构极化调制材料的设计及其应用研究[D]. 马晓亮.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
硕士论文
[1]基于手征结构超材料电磁波极化调控的研究[D]. 谢立云.华中师范大学 2014
本文编号：2903837
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