介質(zhì)型人工電磁表面在隱身和極化轉(zhuǎn)換中的應用研究.pdf

1、超表面是一種二維形式的超材料，它由尺寸遠小于波長的電磁諧振單元按特定的排列方式所構(gòu)成，可實現(xiàn)一系列新型電磁功能，具有重要的科學研究和工程應用價值。超表面可分為金屬基超表面及介質(zhì)基超表面兩大類。金屬基超表面主要通過調(diào)整表面金屬單元的形狀和尺寸獲得理想的電磁波幅相分布，但在一些特殊的應用場合如高腐蝕、高溫等環(huán)境中，金屬單元的應用受到較大的局限。而介質(zhì)基超表面因其優(yōu)異的物理特性及化學特性，在上述場合中具有突出的應用優(yōu)勢。因此，本論文重點研究介

2、質(zhì)基超表面的設計理論及其潛在應用，主要內(nèi)容共分為以下三部分:
　　(1)研究了隱身概念、隱身需求及現(xiàn)有隱身技術(shù)的研究現(xiàn)狀，提出了一種低散射介質(zhì)隨機表面的設計方法。重點討論了介質(zhì)諧振器原理和隨機表面原理，給出了介質(zhì)隨機表面的單元設計方法和陣列設計方法。針對現(xiàn)有的金屬基單元結(jié)構(gòu)設計了一種介質(zhì)基單元結(jié)構(gòu)，該單元結(jié)構(gòu)簡單，主體部分為一個方形介質(zhì)塊和背后的金屬平面。隨后進行陣列設計得到低散射介質(zhì)型隨機表面器件。仿真和實驗結(jié)果均顯示該器件具備

3、優(yōu)良的隱身特性，可以滿足Ku波段的隱身需求。
　　(2)研究了電磁波的極化形式和轉(zhuǎn)換原理，探究了Fabry-Perot諧振腔原理，并基于Fabry-Perot諧振腔原理設計了一款反射式極化轉(zhuǎn)換器。該極化轉(zhuǎn)換器單元結(jié)構(gòu)上方為一個長方體介質(zhì)塊，介質(zhì)塊長軸與垂直方向平行，下方為金屬地。仿真結(jié)果顯示，在波段8.7GHz-12.5GHz內(nèi)，交叉極化轉(zhuǎn)換率達到90％以上。該極化轉(zhuǎn)換器具有工作頻段寬、結(jié)構(gòu)簡單、極化轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。
　　

4、(3)研究了軌道角動量的應用背景和發(fā)展現(xiàn)狀，依據(jù)螺旋相位法原理設計了一款軌道角動量器件，該軌道角動量器件的基本單元結(jié)構(gòu)與第三章的極化轉(zhuǎn)換器單元結(jié)構(gòu)類似，改變介質(zhì)塊的長寬，可以實現(xiàn)其反射相位的變化，進而實現(xiàn)軌道角動量對組成單元的相位要求。仿真結(jié)果顯示該軌道角動量器件可達到15GHz-20GHz的帶寬。最后設計了一款波束偏折軌道角動量器件，該器件的出射波束可以向預設的方向偏折，拓展了其工作范圍。這兩個器件以介質(zhì)為主導，突破了以往金屬結(jié)構(gòu)主導