【摘要】：近年來,電磁材料領域的電磁超表面得到了人們的廣泛關(guān)注,簡單理解電磁超表面就是二維結(jié)構(gòu)的超材料。它能夠?qū)崿F(xiàn)對入射電磁波的相位、幅度、極化以及傳播模式等特性的自由調(diào)控,并且具有低剖面,結(jié)構(gòu)輕便,易加工等優(yōu)點。將其運用于雷達、通信、軍事等領域,都有十分重要的意義,如何合理地優(yōu)化設計電磁超表面,更是一個迫切需要解決的問題,本文針對電磁超表面的優(yōu)化設計開展研究。要優(yōu)化設計電磁超表面,得依靠非常強大并且有效的電磁散射計算方法作為支撐。之前在超表面散射特性方面分析探討過程中,往往是用數(shù)值算法以及以該算法為基礎的商用軟件,需要大量的時間和資源�？臻g映射算法為解決復雜、高成本電磁仿真優(yōu)化問題帶來了全新的思想,可以大大減少所需時間和資源,提高效率�？臻g映射算法將待優(yōu)化的對象分為粗模型和細模型,在粗模型和細模型之間構(gòu)造映射關(guān)系。在算法的進行過程中,在粗模型中進行優(yōu)化工作,用細模型來驗證設計結(jié)果是否達到指標要求。本文的第二章,闡述了電磁超表面及空間映射優(yōu)化方法的原理,介紹了電磁超表面在雷達隱身以及反射陣天線上的應用,并從概念和原理上介紹了空間映射算法,對原始空間映射算法和漸進空間映射算法的優(yōu)化設計步驟做了詳細說明。本文的第三章,設計了“0”、“1”編碼單元,排列組合構(gòu)成隱身超表面。提出了能夠考慮單元間耦合的陣因子計算方法作為粗模型,以及全波仿真方法作為細模型,結(jié)合空間映射算法對隱身超表面進行了優(yōu)化設計,找到最優(yōu)的編碼單元排布,僅通過3次細模型仿真就達到了雷達散射截面縮減達到10dB的要求。本文的第四章,對可重構(gòu)超表面反射陣天線的優(yōu)化設計做了研究。對可重構(gòu)1-bit編碼單元進行了分析與設計,使得兩種模式單元在2～4GHz頻率范圍內(nèi),相位差基本保持在180±40°。建立起可重構(gòu)超表面反射陣天線的粗模型與細模型,優(yōu)化設計了一款12×12個陣元的可重構(gòu)超表面反射陣天線,使天線在2.8GHz～3.2GHz頻段內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)±45°的波束掃描,相對副瓣電平小于10dB,主瓣增益大于15dB。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB34
【圖文】：

２０１２年，ＲａｋｌｕｅａＣ等人對超表面進行了相關(guān)研究并設計出一種超表面圓極化天線逡逑［６］，如圖１．１所示。將超表面單元按照一定的序列排布在圓形介質(zhì)板上以此組成天線，逡逑通過優(yōu)化手段，這個天線能夠在Ｘ波段進行圓極化輻射，并且達到了在８．３－８．５ＧＨＺ頻逡逑段中的軸比少于６ｄＢ的目標。逡逑ｖ逡逑圖ｉ．ｉ圓極化非周期螺旋超表面逡逑２０１４年，ＭｉｎａｔｔｉＧ對電磁超表面與微帶天線的結(jié)合進行了深入研宄，研發(fā)了一款逡逑能夠產(chǎn)生交指電容器效果，基于電磁超表面理論的低剖面天線Ｗ，經(jīng)過優(yōu)化天線的增益逡逑能夠增加至少６．３ｄＢ。逡逑同年，濱州州立大學伯克分校的科研人員又研發(fā)了一種基于超表面的低剖面天線［６］，逡逑該天線的超表面單元由四個“工”型的金屬單元組成，如圖１．２所示，將這個超表面板直逡逑接覆蓋在微帶天線上，能使其帶寬達到２．２－２．５２ＧＨＺ，增益是６．２ｄＢ。逡逑丨邋ｒ：：：逡逑Ｗ邋ｌＡ逡逑Ｘ８ｉ逡逑＇邋％邋；逡逑Ｔｏｐ邋Ｌａｙｅｒ逡逑圖１．２邋“工”型結(jié)構(gòu)金屬片上表面逡逑在設計超表面以及反射陣時，不僅僅是按照陣面單元所要補償?shù)南辔贿M行布陣的，逡逑也要對陣面單元的排布進行優(yōu)化。ＬＶＥｎｃｉｎａｉ？在設計超表面陣面時

＃（－ｙ）邋＼／邐＾（ｘ）邋＋邋ｄｄ＞＼＾／逡逑邐？邋Ｘ逡逑圖２．１電磁波入射人工電磁表面示意圖逡逑根據(jù)上式能夠得知，當入射角為０固定不變時，辦發(fā)生變化的過程中，Ａ也會逡逑有所差異。由此我們可以考慮到，當辦５／辦的值發(fā)生變化，反射波方向隨之變化。當入逡逑射波打到電磁超表面上時，由于辦值改變，導致反射波反射方向隨機，即“漫反射”逡逑現(xiàn)象，使目標某一角度下的雷達散射截面“分散”到另外的角度。而要利用電磁超表面逡逑達到雷達隱身，并不需要將反射的電磁波轉(zhuǎn)移到某一個固定方向，只需要將其盡可能的逡逑往整個平面的其他方向“漫反射”，降低ＲＣＳ實現(xiàn)雷達隱身的目的。逡逑２．１．３基于電磁超表面的反射陣天線原理逡逑反射陣天線是一種將饋源與大口徑無源表面相結(jié)合的復合式天線，基于電磁超表面逡逑的反射陣天線結(jié)構(gòu)簡單、成本低、波束可精確調(diào)控

圖２．１電磁波入射人工電磁表面示意圖逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2744363