可调控超表面孔径天线研究
发布时间：2021-10-21 03:52
随着信息科学技术的发展,无线通信系统越来越复杂,其功能也趋于多样化。性能可调的天线可以满足多功能的无线通信系统对天线的要求,能够适应不同的工作环境。近年来,超材料受到学者们的关注,由于超材料具有独特的电磁特性,因而被广泛应用于天线的设计中。超材料的二维结构—超表面具有体积的优势,其剖面更低,更适合与天线进行集成设计,而且由于超表面可以实现对电磁波的调控,因此超表面可用于实现性能可调的天线。本文基于超表面开展了不同性能可调的天线研究,具体研究工作包括以下几个方面:1、研究了基于全息超表面的波束可调天线。推导了全息超表面天线的辐射波束指向与介质板的相对介电常数的关系,然后根据液晶的相对介电常数可通过外部偏置改变的特性,将液晶应用于基于全息超表面的波束可调天线的设计中,给出了相应的天线设计结构,并制作了相应的实物,仿真和实测结果表明了设计的全息超表面天线具有波束可调的特性。2、研究了基于超表面的极化可调Fabry-Perot（FP）天线。将具有极化转换作用的超表面与FP天线的部分反射面结合在一起设计,实现了高增益的极化可调天线。提出了新的超表面结构,并分析了所提的超表面结构的传输特性和反射特...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１材料的介电常数与磁导率象限图??早在１９６８年，苏联的物理学家Ｖｅｓｅｌａｇｏ教授就己经系统地讨论了介电常数??
?第１章绪论???的研究，人们更多的是关注超材料对电磁波的调控作用，包括用超材料实现了“隐??身衣”等［３４■气电磁黑洞以及各种超材料透镜％３９］。??＿??图１．２实现左手材料的结构图??（ｃ）?＾?（ｄ）??：：Ｐｒ?￣?Ｔ：：：??纏圖?０ＬＩｒ５Ｊｉ；－２??－５０?０?５０?（ｍｍ）??Ｏ?Ｘ??Ｓｉｄｅ?ｎ??图１．３微波频段的隐身衣??超材料是通过单元结构的三维周期排列实现的，存在实际制作困难的问题，??有的时候难以实现，为了避开这些问题，人们对超材料二维形式的平面结构进行??研宄。超材料的二维结构被单独称为超表面，这说明了研宄人员对超表面研宄的??重视。超表面由乎其剖面低、引起的损耗更孝加工制作简便的优点，成为了科??学界的又一研究热点［４Ｇ］。超表面同样可以实现对电磁波的调控，比如操纵电磁波??的传播特性、极化方式等［４１，４＼??在２０１１年，美国Ｈａｒｖａｒｄ大学的Ｎａｎｆａｎｇ?Ｙｕ研宄小组通过Ｖ型天线构建超??表面验证了广义Ｓｎｅｌｌ法则，作者通过调整Ｖ型天线的张口方向和张口的角度来??实现０到的相移，并且按照相位梯度的变化排成二维阵列，如图１．４所示。??构建的超表面结构可以产生异常的反射和折射现象［４３］。??３??
?第１章绪论???ｒ?－?■■?＿??２＾￣？ｘ?己??Ｌ－＾ｔ＝ｒ＝＾＾ｇ＾３＞Ｊ?ｔｔｓＳＳｇｌｙ??〇?？ｌｇＲＳ８ｒａｊ??Ｉ??图１．４基于Ｖ型天线的超表面??在国内，超表面同样是学者们的研究热点，国内东南大学的崔铁军教授提出??了编码超表面的概念，实现了对超表面的动态可重构［４４４？１。ｌｂｉｔ的编码超表面是??由２种单元组成，这两个单元的相位响应分别为０度和１８０度，具体实现如图??１．５所示，通过中间加载的偏置二极管的状态可以改变单元的相位响应。当这样??的超表面单元组成超表面时，超表面中的每个单元的相位响应状态都是可以改变??的，就可以实现不同的功能。如图１．６所示，当改变编码超表面的编码时，天线??的散射波束可以从单波束变为两个波束，甚至更多波束。这在缩减天线的散射截??面积或者动态控制天线的波束方面都有很好的应用。??Ｍｅｔａｍａｔｅｒｊａｌ?Ｂｉａｓｅｄ?ｄｉｏｄｅ??？：?Ｔ?｜，鏊??Ｇｒｏｕｎｄ＾＾＾＾Ｔ＾?Ｖｉａ?ｈｏｌｅ??３００?：???２４０?丨??—１８０＇?Ｚ??１１２０＾＾Ｔ７＾＇—…??Ｓ?６０?丨?ｚ??！?〇ｐ－－＾?＂?＼??Ｑ－?－６０；?ＯＮ?＼??＊?——?ＯＦＦ?？？？．，??＿１２０ｈ?Ｐｈａｓｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ?？？？＊？？、??－１８〇ｒ：３－Ｔ５?ｓ：ｏ?＾．ｏ??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?（ＧＨｚ）??图１．５?ｌｂｉｔ编码超表面单元及相位响应??Ｂ．?＾?＾ｍａ?ｗ??．秦？酵，：??：Ｉ?Ｖ謂減親??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theory, experiment and applications of metamaterials[J]. TANG WenXuan,MEI ZhongLei,CUI TieJun. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(12)
[2]可重构天线的研究进展[J]. 杨雪松,王秉中. 系统工程与电子技术. 2003(04)
博士论文
[1]基于电磁超材料的可重构天线研究[D]. 巫钊.西安电子科技大学 2016
[2]超材料透镜和超表面对电磁波的调控及应用[D]. 齐美清.东南大学 2016
[3]基于钛酸锶钡材料和超表面的频率可重构天线研究[D]. 汪业龙.哈尔滨工业大学 2015
[4]宽带Fabry-Perot谐振腔天线及可重构技术在其中的应用[D]. 冀璐阳.西安电子科技大学 2016
硕士论文
[1]平面多层与基片集成波导复合结构研究及元件设计[D]. 季琴.中国科学技术大学 2019
[2]基于超材料的频率可重构天线研究与设计[D]. 盛丽丽.电子科技大学 2016
[3]共形全息人工阻抗表面天线的研究[D]. 张袁.电子科技大学 2015
[4]全息张量阻抗调制表面天线研究[D]. 龙宇.电子科技大学 2015
本文编号：3448183
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１材料的介电常数与磁导率象限图??早在１９６８年，苏联的物理学家Ｖｅｓｅｌａｇｏ教授就己经系统地讨论了介电常数??
?第１章绪论???的研究，人们更多的是关注超材料对电磁波的调控作用，包括用超材料实现了“隐??身衣”等［３４■气电磁黑洞以及各种超材料透镜％３９］。??＿??图１．２实现左手材料的结构图??（ｃ）?＾?（ｄ）??：：Ｐｒ?￣?Ｔ：：：??纏圖?０ＬＩｒ５Ｊｉ；－２??－５０?０?５０?（ｍｍ）??Ｏ?Ｘ??Ｓｉｄｅ?ｎ??图１．３微波频段的隐身衣??超材料是通过单元结构的三维周期排列实现的，存在实际制作困难的问题，??有的时候难以实现，为了避开这些问题，人们对超材料二维形式的平面结构进行??研宄。超材料的二维结构被单独称为超表面，这说明了研宄人员对超表面研宄的??重视。超表面由乎其剖面低、引起的损耗更孝加工制作简便的优点，成为了科??学界的又一研究热点［４Ｇ］。超表面同样可以实现对电磁波的调控，比如操纵电磁波??的传播特性、极化方式等［４１，４＼??在２０１１年，美国Ｈａｒｖａｒｄ大学的Ｎａｎｆａｎｇ?Ｙｕ研宄小组通过Ｖ型天线构建超??表面验证了广义Ｓｎｅｌｌ法则，作者通过调整Ｖ型天线的张口方向和张口的角度来??实现０到的相移，并且按照相位梯度的变化排成二维阵列，如图１．４所示。??构建的超表面结构可以产生异常的反射和折射现象［４３］。??３??
?第１章绪论???ｒ?－?■■?＿??２＾￣？ｘ?己??Ｌ－＾ｔ＝ｒ＝＾＾ｇ＾３＞Ｊ?ｔｔｓＳＳｇｌｙ??〇?？ｌｇＲＳ８ｒａｊ??Ｉ??图１．４基于Ｖ型天线的超表面??在国内，超表面同样是学者们的研究热点，国内东南大学的崔铁军教授提出??了编码超表面的概念，实现了对超表面的动态可重构［４４４？１。ｌｂｉｔ的编码超表面是??由２种单元组成，这两个单元的相位响应分别为０度和１８０度，具体实现如图??１．５所示，通过中间加载的偏置二极管的状态可以改变单元的相位响应。当这样??的超表面单元组成超表面时，超表面中的每个单元的相位响应状态都是可以改变??的，就可以实现不同的功能。如图１．６所示，当改变编码超表面的编码时，天线??的散射波束可以从单波束变为两个波束，甚至更多波束。这在缩减天线的散射截??面积或者动态控制天线的波束方面都有很好的应用。??Ｍｅｔａｍａｔｅｒｊａｌ?Ｂｉａｓｅｄ?ｄｉｏｄｅ??？：?Ｔ?｜，鏊??Ｇｒｏｕｎｄ＾＾＾＾Ｔ＾?Ｖｉａ?ｈｏｌｅ??３００?：???２４０?丨??—１８０＇?Ｚ??１１２０＾＾Ｔ７＾＇—…??Ｓ?６０?丨?ｚ??！?〇ｐ－－＾?＂?＼??Ｑ－?－６０；?ＯＮ?＼??＊?——?ＯＦＦ?？？？．，??＿１２０ｈ?Ｐｈａｓｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ?？？？＊？？、??－１８〇ｒ：３－Ｔ５?ｓ：ｏ?＾．ｏ??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?（ＧＨｚ）??图１．５?ｌｂｉｔ编码超表面单元及相位响应??Ｂ．?＾?＾ｍａ?ｗ??．秦？酵，：??：Ｉ?Ｖ謂減親??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theory, experiment and applications of metamaterials[J]. TANG WenXuan,MEI ZhongLei,CUI TieJun. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(12)
[2]可重构天线的研究进展[J]. 杨雪松,王秉中. 系统工程与电子技术. 2003(04)
博士论文
[1]基于电磁超材料的可重构天线研究[D]. 巫钊.西安电子科技大学 2016
[2]超材料透镜和超表面对电磁波的调控及应用[D]. 齐美清.东南大学 2016
[3]基于钛酸锶钡材料和超表面的频率可重构天线研究[D]. 汪业龙.哈尔滨工业大学 2015
[4]宽带Fabry-Perot谐振腔天线及可重构技术在其中的应用[D]. 冀璐阳.西安电子科技大学 2016
硕士论文
[1]平面多层与基片集成波导复合结构研究及元件设计[D]. 季琴.中国科学技术大学 2019
[2]基于超材料的频率可重构天线研究与设计[D]. 盛丽丽.电子科技大学 2016
[3]共形全息人工阻抗表面天线的研究[D]. 张袁.电子科技大学 2015
[4]全息张量阻抗调制表面天线研究[D]. 龙宇.电子科技大学 2015
本文编号：3448183
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