基于变换光学的天线设计

发布时间：2017-09-12 04:10

  本文关键词：基于变换光学的天线设计

  更多相关文章： 变换光学 逆变换光学 超材料 透镜 漏波天线

【摘要】：基于麦克斯韦方程组在坐标变换下的形式不变性所建立起来的变换光学理论为电磁波的有效调控提供了新的思路,成为了近几年来电磁界研究的热点之一。变换光学的独特魅力在于其借助坐标变换的方法对特定区域的材料参数分布进行合理设计,从而使得电磁波经过该区域时,传播的方向可以按照设计好的路线行进。然而由变换光学所推算出的参数大多是三维、非均匀变化且各向异性的,这些材料在自然界中很难或几乎不可能获得。得益于超材料的快速发展,为变换光学由理论变成了现实提供了物质基础,两者的结合极大的推动了电磁学的发展。然而,当我们把变换理论引入到天线设计中去时,却遗憾地发现很难找到理想的坐标变换的数学模型。逆变换光学理论的提出为我们提供了新的设计思路,本文的研究正是基于此开展的。主要工作内容及创新点如下：1、利用逆变换光学理论,通过对透镜表面的电流和磁流的分布进行规划,提出了一种辐射方向可调控的天线透镜,对其理论推导进行了详细的分析,对影响透镜性能的参数做了深入的探讨,尤其是透镜的厚度,对其进行了仿真和分析,此外还对透镜的相位调控和幅值调控进行了对比研究,最后设计了一个辐射方向可调的表面。2、作为上述研究的延续,我们设计了一个可实现传播波到表面波转换的表面,对影响其性能的参数进行了深入分析,借助准共形变换原理,有效地减小了变换媒质的各向异性,通过离散,近似和打孔最终实现了纯电介质的转换表面,有效地提高了工作带宽。为微波采集和能量回收天线的设计提供了新的思路。3、基于变换光学设计的传播波到表面波的转换,我们通过改变介质板的介电常数的分布,使得一部分的波在介质板上朝向某个固定方向向外辐射,实现了一种简单的漏波形式。为新型的漏波和全息天线的研究提供了新的思路。以上研究表明,逆变换光学从场的角度来设计坐标变换,很大程度上实现了对电磁波的有效调控,这种逆向的设计思路更具有物理思维,更适合天线的设计应用,为今后的理论分析和工程实践应用提供了指导。
【关键词】：变换光学 逆变换光学 超材料 透镜 漏波天线
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-15
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究历史与现状12-13
• 1.3 论文主要工作13-15
• 2 变换光学的基本原理15-33
• 2.1 变换光学基本理论15-20
• 2.1.1 传统变换光学原理15-18
• 2.1.2 变换光学与超材料18-20
• 2.2 准共形变换原理20-21
• 2.3 变换光学的应用21-29
• 2.3.1 变换光学在隐身领域的应用21-24
• 2.3.2 变换光学在天线领域的应用24-28
• 2.3.3 变换光学在其他领域的应用28-29
• 2.4 逆变换光学理论29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 基于变换光学的辐射方向可调控天线的设计33-44
• 3.1 透镜的理论分析33-34
• 3.2 透镜的设计与分析34-41
• 3.2.1 透镜的设计与仿真34-36
• 3.2.2 透镜参数的分析36-41
• 3.3 辐射方向可调的反射面的设计41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 传播波到表面波的转换表面及漏波天线的设计44-60
• 4.1 转换表面的设计44-54
• 4.1.1 传播波到表面波的转化44-49
• 4.1.2 仿真计算49-54
• 4.2 漏波天线的设计54-59
• 4.2.1 漏波天线的基本概念54-55
• 4.2.2 漏波天线的设计55-59
• 4.3 本章小结59-60
• 5 总结与展望60-62
• 5.1 总结60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果66-68
• 学位论文数据集68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张永亮;董贤子;段宣明;赵震声;;变换光学的物理原理和前沿进展[J];量子电子学报;2014年04期

2 李廷芬;用变换光学讨论全息图再现像的成像规律[J];激光杂志;1997年05期

3 任中京;二维付立叶变换光学系统的空间带宽积与颗粒大小分析[J];应用激光;1994年01期

4 孔祥天;李祖斌;田建国;;由变换光学设计的绝缘体-金属-绝缘体表面等离激元波导中的模式转换器(英文)[J];南开大学学报(自然科学版);2014年02期

5 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 冯一军;;变换光学:隐身和天线结构设计新方法[A];2011年全国微波毫米波会议论文集（上册）[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 孙非;变换光学，，渐变折射率器件及其应用[D];浙江大学;2015年

2 霍飞飞;基于变换光学理论的新型电磁功能器件研究[D];西安电子科技大学;2015年

3 徐晓非;基于变换光学的隐身斗篷和电磁功能器件设计[D];南京大学;2011年

4 余振中;变换光学及其在隐身斗蓬和表面等离激元传播中的应用[D];南京大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 王荣凤;基于变换光学理论的新颖电磁器件设计及实验研究[D];兰州大学;2015年

2 高翊盛;基于变换光学的无反射波导连接器的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 司运梅;基于变换光学的天线设计[D];北京交通大学;2016年

4 刘健;基于变换光学的隐形斗篷研究[D];北京交通大学;2014年

5 王德麟;变换光学框架下光学隐身和隐身探测的研究[D];南京大学;2012年

6 吴晓炯;用变换光学设计各向同性材料下的弯曲波导[D];复旦大学;2011年

7 阮羽佳;变换光学理论下天线特性的研究[D];北京交通大学;2014年

8 颜文燕;基于相位变换的偏振分离器研究[D];湖南大学;2013年

9 张若洋;变换光学及其在电磁隐形斗篷中的应用[D];南开大学;2013年

本文编号：834985