【摘要】：近年來(lái),電磁材料領(lǐng)域的電磁超表面得到了人們的廣泛關(guān)注,簡(jiǎn)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(duì)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(diǎn)。將其運(yùn)用于雷達(dá)、通信、軍事等領(lǐng)域,都有十分重要的意義,如何合理地優(yōu)化設(shè)計(jì)電磁超表面,更是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題,本文針對(duì)電磁超表面的優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)展研究。要優(yōu)化設(shè)計(jì)電磁超表面,得依靠非常強(qiáng)大并且有效的電磁散射計(jì)算方法作為支撐。之前在超表面散射特性方面分析探討過(guò)程中,往往是用數(shù)值算法以及以該算法為基礎(chǔ)的商用軟件,需要大量的時(shí)間和資源�？臻g映射算法為解決復(fù)雜、高成本電磁仿真優(yōu)化問(wèn)題帶來(lái)了全新的思想,可以大大減少所需時(shí)間和資源,提高效率�？臻g映射算法將待優(yōu)化的對(duì)象分為粗模型和細(xì)模型,在粗模型和細(xì)模型之間構(gòu)造映射關(guān)系。在算法的進(jìn)行過(guò)程中,在粗模型中進(jìn)行優(yōu)化工作,用細(xì)模型來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果是否達(dá)到指標(biāo)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(dá)隱身以及反射陣天線(xiàn)上的應(yīng)用,并從概念和原理上介紹了空間映射算法,對(duì)原始空間映射算法和漸進(jìn)空間映射算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟做了詳細(xì)說(shuō)明。本文的第三章,設(shè)計(jì)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(jì)算方法作為粗模型,以及全波仿真方法作為細(xì)模型,結(jié)合空間映射算法對(duì)隱身超表面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),找到最優(yōu)的編碼單元排布,僅通過(guò)3次細(xì)模型仿真就達(dá)到了雷達(dá)散射截面縮減達(dá)到10dB的要求。本文的第四章,對(duì)可重構(gòu)超表面反射陣天線(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)做了研究。對(duì)可重構(gòu)1-bit編碼單元進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì),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(xiàn)的粗模型與細(xì)模型,優(yōu)化設(shè)計(jì)了一款12×12個(gè)陣元的可重構(gòu)超表面反射陣天線(xiàn),使天線(xiàn)在2.8GHz～3.2GHz頻段內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)±45°的波束掃描,相對(duì)副瓣電平小于10dB,主瓣增益大于15dB。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB34
【圖文】：

２０１２年，ＲａｋｌｕｅａＣ等人對(duì)超表面進(jìn)行了相關(guān)研究并設(shè)計(jì)出一種超表面圓極化天線(xiàn)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(xiàn)，逡逑通過(guò)優(yōu)化手段，這個(gè)天線(xiàn)能夠在Ｘ波段進(jìn)行圓極化輻射，并且達(dá)到了在８．３－８．５ＧＨＺ頻逡逑段中的軸比少于６ｄＢ的目標(biāo)。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(duì)電磁超表面與微帶天線(xiàn)的結(jié)合進(jìn)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(xiàn)Ｗ，經(jīng)過(guò)優(yōu)化天線(xiàn)的增益逡逑能夠增加至少６．３ｄＢ。逡逑同年，濱州州立大學(xué)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(xiàn)［６］，逡逑該天線(xiàn)的超表面單元由四個(gè)“工”型的金屬單元組成，如圖１．２所示，將這個(gè)超表面板直逡逑接覆蓋在微帶天線(xiàn)上，能使其帶寬達(dá)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(shè)計(jì)超表面以及反射陣時(shí)，不僅僅是按照陣面單元所要補(bǔ)償?shù)南辔贿M(jìn)行布陣的，逡逑也要對(duì)陣面單元的排布進(jìn)行優(yōu)化。ＬＶＥｎｃｉｎａｉ？在設(shè)計(jì)超表面陣面時(shí)

＃（－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(dāng)入射角為０固定不變時(shí)，辦發(fā)生變化的過(guò)程中，Ａ也會(huì)逡逑有所差異。由此我們可以考慮到，當(dāng)辦５／辦的值發(fā)生變化，反射波方向隨之變化。當(dāng)入逡逑射波打到電磁超表面上時(shí)，由于辦值改變，導(dǎo)致反射波反射方向隨機(jī)，即“漫反射”逡逑現(xiàn)象，使目標(biāo)某一角度下的雷達(dá)散射截面“分散”到另外的角度。而要利用電磁超表面逡逑達(dá)到雷達(dá)隱身，并不需要將反射的電磁波轉(zhuǎn)移到某一個(gè)固定方向，只需要將其盡可能的逡逑往整個(gè)平面的其他方向“漫反射”，降低ＲＣＳ實(shí)現(xiàn)雷達(dá)隱身的目的。逡逑２．１．３基于電磁超表面的反射陣天線(xiàn)原理逡逑反射陣天線(xiàn)是一種將饋源與大口徑無(wú)源表面相結(jié)合的復(fù)合式天線(xiàn)，基于電磁超表面逡逑的反射陣天線(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2744363