新型人工電磁表面的理論、設(shè)計及系統(tǒng)級應(yīng)用.pdf

1、新型人工電磁表面是平面型新型人工電磁材料，是由亞波長結(jié)構(gòu)單元按照特殊規(guī)律排列的周期或者準(zhǔn)周期的二維表面結(jié)構(gòu)。因其相對于三維新型人工電磁材料具有體積小、剖面低、損耗低、成本低以及易共形設(shè)計等優(yōu)勢，在近年來對電磁波的調(diào)控研究中發(fā)揮了巨大作用，從而成為電磁場相關(guān)學(xué)科的研究熱點和焦點。本文詳細(xì)研究了幾種主流的新型人工電磁表面的理論建模方法，基于新型人工電磁表面設(shè)計了幾類新型電磁器件，并給出新型電磁系統(tǒng)的設(shè)計理念。主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)概括如下:

2、r>　　1).基于各向同性新型人工電磁表面單元結(jié)構(gòu)，提出了新型表面波無衍射Bessel透鏡的設(shè)計方法，且在實驗中得到驗證。該設(shè)計方法利用組合透鏡（半麥克斯韋魚眼透鏡加上平板透鏡）的思想，可在點源激勵下直接產(chǎn)生Bessel波束。
　　2).基于各向同性新型人工電磁表面單元結(jié)構(gòu)，提出了實現(xiàn)新型表面波傅里葉變換透鏡的設(shè)計方法，且在實驗中得到驗證。對該透鏡進(jìn)行多饋點激勵，可產(chǎn)生不同出射方向的表面平面波。
　　3).將新型人工電磁表面

3、與全息漏波天線原理相結(jié)合，分別利用全域和子域阻抗干涉圖生成方法實現(xiàn)了新型多波束天線。其中基于全域干涉圖生成方法所設(shè)計的雙波束輻射會發(fā)生“兔子耳朵”現(xiàn)象，我們提出用側(cè)饋的方式來解決這一問題，且在實驗中得到了驗證。結(jié)合漏波天線原理，本文給出了一維全息天線與漏波天線的等效性分析，并將其推廣到二維。在國際上首次發(fā)現(xiàn)了僅用頻率便可以控制波束二維空間掃描這一重大現(xiàn)象，并給出計算頻掃二維波束角的經(jīng)驗計算公式。
　　4).基于二維類表面等離激元(

4、spoof spp)結(jié)構(gòu)，結(jié)合全息天線原理，生成了螺旋式的全息干涉圖，由于該新型人工電磁表面沒有背面金屬，因此可實現(xiàn)在表面正反兩個方向分別輻射右旋和左旋圓極化電磁波。
　　5).利用各向同性新型人工電磁表面結(jié)構(gòu)單元設(shè)計了兩個新型雙功能器件:1）相同極化的雙向輻射器;2）正交極化的同向輻射器。所設(shè)計的兩款雙功能輻射器在不同極化激勵下具有不同的頻率掃描特性:對于水平極化，波束可以完成一維空間波束頻率掃描;而對于垂直極化，波束則可以完成

5、二維空間波束頻率掃描。本文對第一款雙功能器件進(jìn)行了一維頻率掃描特性的實驗驗證。
　　6).基于表面波透鏡和全息漏波天線的設(shè)計方法，提出了將兩者結(jié)合起來實現(xiàn)低剖面天線系統(tǒng)的設(shè)計方案，即透鏡可視為多端口饋電網(wǎng)絡(luò)，而全息阻抗結(jié)構(gòu)可作為輻射調(diào)制器。最后基于不同位置的饋電配合頻率掃描實現(xiàn)了對二維空間進(jìn)行波束覆蓋的天線系統(tǒng)。仿真結(jié)果和近場天線的測試結(jié)果均證實了該天線系統(tǒng)理論設(shè)計的正確性。
　　7).基于混合各向同性和各向異性的新型人工電