基于各向異性電磁超表面的多波束輻射與極化調(diào)控研究.pdf

1、新型人工電磁材料(Metamaterials)是一種由人工設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)小于電波長的單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行周期或非周期性排列構(gòu)成的復(fù)合材料，它通過調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸可以獲得自然媒質(zhì)所不具備的奇異電磁特性，從而實(shí)現(xiàn)對電磁波的靈活調(diào)控。人工電磁超表面(Metasurface)是近幾年新型人工電磁材料研究的最新發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)之一，它是一種超薄的二維陣列平面，通過把亞波長尺寸的新型人工電磁材料有規(guī)律的排布成平面陣設(shè)計(jì)而成，可分為反射式和透射式兩種基本

2、類型，在微波頻段，相比于透射式人工電磁超表面，反射式人工電磁超表面效率很高，幾乎達(dá)到100％，因此，在本文中我們選擇反射式人工電磁超表面進(jìn)行研究。在人工電磁超表面單元結(jié)構(gòu)的選取上，本論文選取了一種十字交叉的“工”字型結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)水平和垂直兩個(gè)正交方向上“工”字型的尺寸可以實(shí)現(xiàn)對水平極化波和垂直極化波的分別獨(dú)立調(diào)控。本論文將傳統(tǒng)的多波束平面反射陣天線的設(shè)計(jì)理念與各向異性超表面有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對水平和垂直極化多個(gè)波束輻射方向和相位的分別獨(dú)立

3、調(diào)控，并且可以將兩個(gè)正交極化方向上的輻射波調(diào)控到同一個(gè)輻射方向，并通過其不同相位差的設(shè)計(jì)，分別獨(dú)立調(diào)控每個(gè)波束的極化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對多個(gè)波束極化狀態(tài)的調(diào)控。在此基礎(chǔ)上，本論文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了工作于Ku波段的三款具有不同功能的各向異性電磁超表面，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果、仿真結(jié)果與理論設(shè)計(jì)吻合的良好，驗(yàn)證了該各向異性超表面對多個(gè)波束極化方式的獨(dú)立調(diào)控能力。論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)研究了基于各向異性電磁超表面多波束輻射

4、與極化調(diào)控的基本原理和設(shè)計(jì)方法。各向異性電磁超表面可以對水平極化和垂直極化電磁波的相位進(jìn)行獨(dú)立調(diào)控，結(jié)合多波束的設(shè)計(jì)方法可以實(shí)現(xiàn)對這兩個(gè)正交極化方向上多波束的波數(shù)和輻射方向的分別獨(dú)立調(diào)控，在此基礎(chǔ)上將水平極化和垂直極化輻射波束調(diào)控到同一個(gè)輻射方向上，通過控制兩個(gè)正交極化方向上的相位差，可實(shí)現(xiàn)對每個(gè)波束極化狀態(tài)的單獨(dú)調(diào)控。
　　(2)研究并分析了各向異性電磁超表面基本單元結(jié)構(gòu)的電磁特性，介紹了具有相等E面和H面方向圖的波導(dǎo)探頭饋源。

5、本論文選取一種十字交叉“工”字型結(jié)構(gòu)作為各向異性電磁超表面的基本單元，通過控制水平和垂直方向“工”字型結(jié)構(gòu)的尺寸實(shí)現(xiàn)對水平極化和垂直極化電磁波輻射相位的分別獨(dú)立調(diào)控。另外，本文選取了一款具有相等E面和H面輻射方向圖的同軸波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為饋源，具有體積小、剖面低、方向圖圓對稱好、相位中心穩(wěn)定、增益穩(wěn)定的優(yōu)勢。
　　(3)設(shè)計(jì)了三款具有不同極化調(diào)控功能的各向異性電磁超表面，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本論文研究并設(shè)計(jì)了一款二波束極化調(diào)控各向異