基于超表面的極化調(diào)控器件研究.pdf

1、電磁超表面(Metasurface)是一種二維平面人工材料，它可以通過改變單元結(jié)構(gòu)的形狀和排列方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的靈活調(diào)控。相比于傳統(tǒng)的三維超材料，超表面具有占用空間少，損耗低和易加工等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。本文將圍繞超表面對(duì)電磁波極化的調(diào)制機(jī)理展開研究，設(shè)計(jì)出基于超表面的高性能超寬帶極化調(diào)控器件，主要的工作內(nèi)容如下：
　　(1)設(shè)計(jì)了一種基于光柵結(jié)構(gòu)超表面的高性能雙帶透射型線極化轉(zhuǎn)換器，該器件能在6-11 GHz和1

2、9.5-20 GHz兩個(gè)頻帶范圍內(nèi)將線極化波轉(zhuǎn)換為交叉線極化波，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到99.7%。利用Fabry-Perot諧振腔原理和傳輸矩陣?yán)碚摲治隽藰O化轉(zhuǎn)換的物理機(jī)理，然后利用傳輸矩陣?yán)碚撏茖?dǎo)了極化轉(zhuǎn)換器的交叉極化透射系數(shù)和同極化反射系數(shù)，理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果相符合，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可靠性。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種基于微縫耶路撒冷十字結(jié)構(gòu)的超表面高性能超寬帶圓極化器。該圓極化器可以將線極化波轉(zhuǎn)換為圓極化波，工作頻率為12.4-21GH

3、z，圓極化出射波的軸比小于1dB。運(yùn)用等效電路和傳輸矩陣的方法分析了器件的工作原理，然后利用多重反射和透射理論對(duì)極化器的兩個(gè)正交極化反射分量的反射系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)計(jì)算。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的正確性，我們對(duì)仿真模型進(jìn)行了加工測(cè)試，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果相符合，證明了設(shè)計(jì)方案的可靠性。該圓極化器在電磁波大角度斜入射時(shí)仍具有較好的圓極化轉(zhuǎn)換性能，且通過等比例縮小的設(shè)計(jì)后可以工作在太赫茲頻段，這使得它具有更大的應(yīng)用價(jià)值和更廣闊的應(yīng)用前景。