新型幅相雙控超表面研究與應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2020-04-03 00:56

【摘要】：電磁超表面是一種由亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)周期或非周期地排布在二維平面上而形成的平面型人工復(fù)合電磁材料。由于可以任意調(diào)控電磁波、剖面低、損耗低、成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、加工方便等特點(diǎn),電磁超表面引起越來(lái)越多的關(guān)注。本論文以電磁超表面對(duì)電磁波幅度和相位的獨(dú)立調(diào)控研究為基礎(chǔ),研究了微波多階衍射光柵、微波全息成像、軌道角動(dòng)量渦旋電磁波、貝塞爾渦旋電磁波以及全空域渦旋電磁波等應(yīng)用,主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:首先,提出了一款可以獨(dú)立控制幅度和相位的新型幅相雙控單元。在較寬的頻段范圍內(nèi),該單元可以調(diào)制反射電磁波或者透射電磁波,并具有反(透)射率高、帶寬性能好、可以獨(dú)立調(diào)制幅度和相位以及實(shí)現(xiàn)90°線極化旋轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。該單元由上下兩層正交的線極化柵以及中間的雙缺口環(huán)構(gòu)成,通過(guò)調(diào)整單元結(jié)構(gòu)的尺寸和旋轉(zhuǎn)角度可以分別控制反(透)電磁波的幅度和相位。然后,設(shè)計(jì)了反射型和透射型多階衍射光柵�；谔岢龅姆嚯p控單元,設(shè)計(jì)了一款反射型、兩款透射型超寬帶多階衍射光柵,證明了該單元可以完全調(diào)制反射電磁波或者透射電磁波。接著,提出了一種微波波段的全息成像方法�；谌鹄�-索茉非衍射理論,并借助提出的幅相雙控單元對(duì)透射電磁波幅度和相位強(qiáng)大的控制能力,設(shè)計(jì)了三款超表面,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)喇叭分別給三款透射型超表面饋電,可以在指定位置處復(fù)現(xiàn)出簡(jiǎn)單的字母組合、復(fù)雜的人像以及高清的校徽。最后,研究了軌道角動(dòng)量渦旋電磁波、具有無(wú)衍射特性的貝塞爾渦旋電磁波以及全空域渦旋電磁波的產(chǎn)生技術(shù)。軌道角動(dòng)量渦旋電磁波技術(shù)可以大幅度提升信道容量,我們研究了渦旋電磁波的產(chǎn)生技術(shù),分析了渦旋電磁波的傳播特性。然而,渦旋電磁波由于其衍射特性限制了傳播距離,因此我們利用幅相雙控超表面產(chǎn)生了具有無(wú)衍射傳輸特性的貝塞爾渦旋波束。最后我們創(chuàng)新性地提出了全空域渦旋電磁波的新方法,通過(guò)一款超表面同時(shí)產(chǎn)生反射渦旋波束和透射渦旋波束。
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