本文關(guān)鍵詞：基于超材料結(jié)構(gòu)的極化調(diào)控研究

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【摘要】：現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中,圓極化波具有抗多徑效應(yīng)、抗雨霧干擾等獨特優(yōu)勢。它在衛(wèi)星、飛行器、物聯(lián)網(wǎng)等通信領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。而傳統(tǒng)產(chǎn)生圓極化波的方法往往尺寸厚重,不利于系統(tǒng)集成。超材料由于其獨特的電磁特性近年來越來越受到電磁學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注。超材料對于電磁波極化狀態(tài)有著優(yōu)良的調(diào)控性能,它為高效便捷的進行極化調(diào)控提供了新途徑。本文主要研究基于超材料結(jié)構(gòu)的電磁波極化調(diào)控超表面。分別從手性結(jié)構(gòu)和各向異性結(jié)構(gòu)兩個路徑設(shè)計了三種結(jié)構(gòu)模型。并且通過仿真與實驗來分析模型結(jié)構(gòu)的性能,討論它們的工作機理。論文的主要內(nèi)容有以下幾點:(1)基于手性單元結(jié)構(gòu)特性,設(shè)計了N型結(jié)構(gòu)極化調(diào)控表面。它是由上下兩層相互旋轉(zhuǎn)90°的N型金屬結(jié)構(gòu)和中間的介質(zhì)基板組成。該結(jié)構(gòu)能夠在3.67 GHz和3.78 GHz處將入射y方向線極化波轉(zhuǎn)換分別為左旋和右旋圓極化波。通過對透射波橢偏度和旋光角的分析,也驗證了設(shè)計的旋光性。對N型手性結(jié)構(gòu)的表面電流進行的仿真分析表明,手性結(jié)構(gòu)的電磁場交叉極化使得電磁波在通過手性材料后具有不同相速度的極化波,從而使它能對電磁波的極化進行控制。(2)基于各向異性單元結(jié)構(gòu)特性,設(shè)計了Q型非扭曲結(jié)構(gòu)極化調(diào)控表面。它由上下兩層對齊的Q型金屬環(huán)結(jié)構(gòu)和介質(zhì)板組成。它的工作原理類似于線性雙折射,它能在表面的兩個正交方向上產(chǎn)生不同的折射率,從而將入射線極化波轉(zhuǎn)換為圓極化波。經(jīng)過仿真和實驗的驗證,表明該材料能在4.08 GHz時產(chǎn)生右旋圓極化波,而在5 GHz時產(chǎn)生左旋波。基于相似的機理,我們設(shè)計了缺陷金屬環(huán)各向異性結(jié)構(gòu)。它由頂層缺陷金屬結(jié)構(gòu)、底層Q型金屬結(jié)構(gòu)和介質(zhì)板組成。他同樣能在4.5 GHz和4.9 GHz處分別產(chǎn)生左旋和右旋圓極化波。對結(jié)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)仿真顯示,能夠通過改變結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀對最終的極化調(diào)控效果進行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。通過對各種基于超材料結(jié)構(gòu)的電磁波極化調(diào)控研究,顯示了超材料作為一種新興電磁技術(shù)的的巨大研究潛力。
【關(guān)鍵詞】：超材料 手征性 各向異性 極化調(diào)控
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34;O441
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 超材料的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 基于超材料的極化調(diào)控研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3.1 基于手性結(jié)構(gòu)超材料的極化調(diào)控發(fā)展11-13
• 1.3.2 基于各向異性超材料的極化調(diào)控發(fā)展13-15
• 1.4 本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 2 超材料和極化旋轉(zhuǎn)理論17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 超材料的實現(xiàn)原理17-20
• 2.2.1 負介電常數(shù)17-18
• 2.2.2 負磁導(dǎo)率18-20
• 2.3 超材料結(jié)構(gòu)的研究方法20-22
• 2.3.1 數(shù)值分析法20-21
• 2.3.2 等效電路模型21-22
• 2.3.3 等效介質(zhì)理論22
• 2.4 基于超材料結(jié)構(gòu)的極化調(diào)控理論22-25
• 2.4.1 手性材料調(diào)控原理22-24
• 2.4.2 各向異性材料調(diào)控原理24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 3 N型手性結(jié)構(gòu)超材料的極化轉(zhuǎn)換26-35
• 3.1 N型手性超材料結(jié)構(gòu)模型設(shè)計26-27
• 3.2 仿真與實驗結(jié)果理論分析27-32
• 3.2.1 透射系數(shù)27-28
• 3.2.2 共極化與交叉極化系數(shù)28-29
• 3.2.3 旋光角與橢偏度29-30
• 3.2.4 表面電流分析30-32
• 3.3 幾何參數(shù)討論32-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 4 Q型非扭曲各向異性極化轉(zhuǎn)換35-51
• 4.1 Q型非扭曲結(jié)構(gòu)模型設(shè)計35-36
• 4.2 仿真與實驗結(jié)果理論分析36-40
• 4.2.1 透射系數(shù)36-37
• 4.2.2 共極化與交叉極化系數(shù)37
• 4.2.3 旋光度與橢偏角37-38
• 4.2.4 表面電流分析38-40
• 4.3 幾何參數(shù)仿真討論40-44
• 4.4 衍生結(jié)構(gòu)44-50
• 4.4.1 非扭曲缺陷金屬環(huán)結(jié)構(gòu)模型44-45
• 4.4.2 非扭曲缺陷環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)果分析45-48
• 4.4.3 非扭曲缺陷環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)仿真討論48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 5 總結(jié)與展望51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-57
• 附錄57
• A.作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利目錄57
• B.作者在攻讀學(xué)位期間參加的科研工作57

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本文編號：598371