人工表面等離激元的輻射調(diào)控研究.pdf

1、表面等離子體激元(SPPs)是一種緊密束縛在金屬表面的電磁波模式，具有亞波長(zhǎng)特性，能用于制作高密度、小型化的表面等離子體器件。在低頻段通過(guò)亞波長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)類似表面等離子體激元的表面電磁波模式，這種模式被稱為人工表面等離激元(spoof Surface Plasmon Polaritons，SSPPs)。與光波段SPPs類似，SSPPs對(duì)電磁能量同樣具有很強(qiáng)的束縛能力，并且在低頻段傳輸性能優(yōu)異，研究人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)導(dǎo)波模式與SSP

2、Ps之間的高效轉(zhuǎn)換，基于SSPPs的有源和無(wú)源器件也相繼見(jiàn)于報(bào)道，為其在電路中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。然而，由于SSPPs對(duì)場(chǎng)的高度局域特性，一般情況下SSPPs只能在結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行傳輸，不會(huì)產(chǎn)生空間輻射。因此，本文對(duì)人工表面等離激元的輻射調(diào)控進(jìn)行了研究，將正弦調(diào)制阻抗表面輻射理論與人工表面等離激元相結(jié)合，利用周期調(diào)制的人工表面等離激元傳輸線實(shí)現(xiàn)了SSPPs輻射，并在此基礎(chǔ)上完成了對(duì)人工表面等離激元輻射的有效調(diào)控。主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)概括如下:<

3、br>　　1.在正弦調(diào)制阻抗表面輻射理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了適用于人工表面等離激元傳輸線的波數(shù)調(diào)制方法，設(shè)計(jì)了周期調(diào)制人工表面等離激元輻射器件，將沿著傳輸線傳播的人工表面等離激元轉(zhuǎn)化為朝著指定方向輻射的自由空間波，實(shí)現(xiàn)了人工表面等離激元與自由空間波相互轉(zhuǎn)換的調(diào)控。
　　2.為了克服傳統(tǒng)漏波天線中存在的Open-Stopband效應(yīng)，采用反射相消方法設(shè)計(jì)了非對(duì)稱人工表面等離激元天線，提高了其在法向(Broadside)方向的輻射效率。同時(shí)

4、，通過(guò)優(yōu)化人工表面等離激元波導(dǎo)的幾何尺寸增強(qiáng)了其在半空間區(qū)域內(nèi)的定向性，縮減了其后向輻射。
　　3.完成了人工表面等離激元天線波束設(shè)計(jì)及天線陣列的研究。在波束設(shè)計(jì)方面:利用漸變的調(diào)制深度實(shí)現(xiàn)了天線表面電流錐削分布，有效降低了天線的副瓣電平;將正弦調(diào)制阻抗表面輻射理論推廣到多個(gè)調(diào)制項(xiàng)的情況，采用多項(xiàng)復(fù)合調(diào)制實(shí)現(xiàn)多個(gè)定向波束。同時(shí)，分析了一維人工表面等離激元天線陣列在波束二維掃描方面的應(yīng)用可能，并設(shè)計(jì)了基于人工表面等離激元的高增益一維