發(fā)布時間：2020-08-09 11:13

【摘要】：新型人工電磁表面是一種二維概念上的新型人工電磁材料,它是一種平面陣列,由亞波長尺寸的單元結(jié)構(gòu)組成。由于新型人工電磁表面能夠提供強大的電磁波調(diào)控能力,因而在過去的十年里引起研究人員的廣泛關(guān)注,在微波和光學(xué)工程領(lǐng)域產(chǎn)生了一系列用途,如異常反射、極化分離、超薄透鏡、光學(xué)全息等。本論文主要關(guān)注新型人工電磁表面在隱身技術(shù)領(lǐng)域的研究。主要內(nèi)容和貢獻概括如下:·通過在單元之間加載變?nèi)荻䴓O管,我們設(shè)計、分析、并實驗驗證了一種極化不敏感、頻率可調(diào)的新型人工電磁表面吸波器。在所設(shè)計的頻段內(nèi),基本單元在不同的角度的入射波激勵下,均展現(xiàn)出優(yōu)異的吸波特性。通過改變變?nèi)荻䴓O管兩端的偏置電壓,可以連續(xù)的調(diào)控基本單元的吸波頻率。我們采用電磁波在分層媒質(zhì)之間多次反透射的干涉理論來探討吸波機理。為實現(xiàn)吸波器的極化不敏感特性,我們將基本單元沿兩個正交方向排列組陣,使得吸波器能夠吸收任意極化的入射波能量。實驗結(jié)果顯示,所設(shè)計的吸波器頻率連續(xù)可調(diào),調(diào)節(jié)帶寬達(dá)到1.5 GHz(相對帶寬30%)。·我們提出一種可用于精確設(shè)計隨機表面帶寬的方法。與之前工作不同之處在于,本設(shè)計是在一個寬頻帶內(nèi)進行的,而不是在點頻,這有利于精確設(shè)計樣品的工作頻帶。我們采用三種基本單元來組建所設(shè)計的隨機表面,其漫反射特性可歸因于單元彼此之間的相消干涉作用。在設(shè)計中,單元本身的損耗也被考慮進去,從而使得理論模型更接近實際的情況。仿真結(jié)果和實驗結(jié)果顯示,在預(yù)先設(shè)定的頻帶內(nèi),隨機表面展現(xiàn)出非常好的低散射特性,與理論預(yù)測相一致。·我們提出一種用于快速設(shè)計寬帶隨機表面的方法。所設(shè)計的隨機表面由三種結(jié)構(gòu)簡單,具有不同諧振特性的基本單元組成。為在低后向反射率情形下,獲取最寬的帶寬特性,本設(shè)計采用遺傳算法來快速、高效的調(diào)節(jié)單元的諧振,優(yōu)化單元的尺寸參數(shù)。同時,采用逆傅里葉變換方法,在較高精度和極小的計算時間下求解出隨機表面的遠(yuǎn)場方向圖,顯著提高的陣列設(shè)計的效率。我們所提出的快速設(shè)計流程在微波、太赫茲頻段有著廣泛的應(yīng)用前景,如生物探測和成像等。·為了融合吸波器與隨機表面,實現(xiàn)同時采用吸波機理和干涉機理來抑制反射能量,我們設(shè)計一種新型隱身表面,它由兩種基本單元隨機排布構(gòu)成。通過選用具有合適方阻值的ITO薄膜進行單元設(shè)計,可以在寬頻帶內(nèi)提高單元對入射波電磁能量的吸收率。同時,剩余電磁能量會在不同單元之間的產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,形成漫反射,從而進一步縮減后向反射能量。實驗結(jié)果顯示,從6.8 GHz到19.4 GHz頻帶內(nèi),該新型隱身表面具有很好的隱身特性,與仿真結(jié)果相符合。另外,我們所采用的材料均具有光學(xué)透明特性,這將讓我們的設(shè)計在光伏太陽能電池和電磁屏蔽玻璃等方向具有潛在的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O441;TB34

【參考文獻】

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本文編號：2787039