各向异性人工电磁超表面在极化调控中的应用

发布时间：2017-05-12 14:00

  本文关键词：各向异性人工电磁超表面在极化调控中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：新型人工电磁材料(Metamateria 1)是一种由周期或者非周期的人工单元结构排列构成的复合电磁材料。它主要是通过调节单元结构满足所需的电磁参数,进而实现媒质对电磁波的灵活调控。人工电磁超表面(Metasurface)是一种二维平面新型人工电磁材料,通过在两种介质分界面上设计特殊超表面金属单元结构,使入射电磁波在分界面上产生相位不连续性来实现波的异常折射和反射,达到对电磁波调控的目的。人工电磁超表面最初是在光波段提出,可以实现普通电磁表面不具备的新奇特性,例如负折射、负反射、极化旋转等全新的物理现象。然而,一般情况下,透射式人工电磁超表面效率较低,难以达到微波频段应用需求,而反射式人工超表面效率较高,接近100%。本论文主要提出一种微波频段反射式各向异性人工电磁超表面,通过对各向异性人工结构的设计,实现对不同极化电磁波波的分别独立控制。在此基础上,本论文设计并实现了极化转换和极化分离等器件,实验效果与仿真结果完全吻合,验证了该反射式各向异性电磁波超表面对不同极化电磁波分别独立调控的能力。主要研究内容包括以下方面：(1)利用各向异性人工电磁超表面构建了极化转换器件。由强各向异性的“工”字型单元结构构成的人工电磁超表面可以实现双频点双极化转换,对于构建多功能极化转换器件具有重要作用。然而,这种单元结构具有局限性,只能在较窄的频率内实现极化转换的功能。为此,本论文还提出了正交“工”字型结构来拓展极化转换的带宽。(2)利用各向异性人工电磁超表面实现电磁波的极化分离。由正交“工”字型组成的单元结构可以独立控制两个正交极化的反射相位,与广义斯涅尔定理相结合就可以将不同极化的电磁波向任意方向偏折。基于这一功能,本论文中构建了一维极化分离器和二维极化分离器,调控两个正交极化的波分别偏折在同一平面内和三维空间中。(3)利用人工电磁超表面实现波束偏折型的极化转换器件。由于反射式极化转换器件在与馈源结合过程中,入射波方向与反射波方向是一致的,这会造成严重的馈源遮挡效应。为此,本论文还提出了具有波束偏折功能的极化转换器,提高了极化转换的性能。
【关键词】：新型人工电磁材料 人工电磁超表面 各向异性 极化转换 极化分离
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34;O441.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 新型人工电磁材料的概述9-11
• 1.2 人工电磁超表面11-16
• 1.2.1 人工电磁超表面的基本概念11-12
• 1.2.2 广义斯涅尔定理12-14
• 1.2.3 人工电磁超表面的应用14-16
• 1.3 本论文的研究内容和安排16-19
• 第二章 基于人工电磁超表面的极化转换器19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 各向异性材料19-21
• 2.3 反射式人工电磁超表面极化转换相关原理21-22
• 2.4 双频圆极化转换器的设计22-26
• 2.5 宽带圆极化的设计26-28
• 2.6 宽带圆极化的实验结果28-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 基于人工电磁超表面的极化分离器31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 极化分离器设计的相关原理31-33
• 3.3 极化分离器的仿真设计33-40
• 3.4 一维极化分离器的实验验证40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 基于人工电磁超表面的波束偏折型极化转换器43-51
• 4.1 引言43-44
• 4.2 波束偏折型极化转换的仿真设计44-47
• 4.3 波束偏折型极化转换的实验验证47-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第五章 总结与展望51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59

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本文编号：359933