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現(xiàn)對電磁波的靈活調(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，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電磁波極化的調(diào)制機理展開研究，設(shè)計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)換效率達到99.7%。利用Fabry-Perot諧振腔原理和傳輸矩陣理論分析了極化轉(zhuǎn)換的物理機理，然后利用傳輸矩陣理論推導(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)，理論計算結(jié)果與仿真結(jié)果相符合，驗證了設(shè)計方案的可靠性。
　　(2)設(shè)計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極化器的兩個正交極化反射分量的反射系數(shù)進行了推導(dǎo)計算。為了驗證設(shè)計方案的正確性，我們對仿真模型進行了加工測試，實驗測試結(jié)果與仿真結(jié)果相符合，證明了設(shè)計方案的可靠性。該圓極化器在電磁波大角度斜入射時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)計后可以工作在太赫茲頻段，這使得它具有更大的應(yīng)用價值和更廣闊的應(yīng)用前景。