【摘要】：人工電磁材料是由周期排布的亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)形成的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。由于它具有天然材料所不具備的奇異電磁特性,并可用于產(chǎn)生如異常反射、折射等新穎物理現(xiàn)象,近幾年來(lái)逐漸成為電磁場(chǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。電磁超構(gòu)表面為人工電磁材料的二維形式,它具有重量輕、體積小、易于設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。電磁超構(gòu)表面在分界面上引入了具有相位突變特性的諧振單元,從而能夠根據(jù)設(shè)計(jì)的空間相位分布靈活地調(diào)控電磁波的傳播特性。本文主要開(kāi)展了利用超構(gòu)表面對(duì)自由空間電磁波進(jìn)行散射特性調(diào)控的研究工作。通過(guò)設(shè)計(jì)具有特定相位和幅值響應(yīng)的超構(gòu)表面單元結(jié)構(gòu),并根據(jù)預(yù)設(shè)的散射效果設(shè)計(jì)超構(gòu)表面的空間相位分布,我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁波散射特性的寬帶調(diào)控。本文具體工作如下:1、基于各向異性電磁超構(gòu)表面,我們?cè)O(shè)計(jì)出具有多功能的平板拋物面天線,包括極化可切換的平板拋物面天線和具有低散射特性的平板拋物面天線。極化可切換的平板拋物面天線工作在X波段,它能夠根據(jù)饋源旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)出射電磁波在線極化、左旋圓極化和右旋圓極化之間切換的功能。低散射平板拋物面天線由具有各向異性電磁特性的基本諧振單元(正交的“I”字形結(jié)構(gòu))組成。通過(guò)改變單元結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù),可實(shí)現(xiàn)對(duì)單元結(jié)構(gòu)相位響應(yīng)的全面調(diào)控。通過(guò)分別設(shè)計(jì)反射型超構(gòu)表面在x極化和y極化方向上的空間相位分布,使得超構(gòu)表面在x極化方向?qū)崿F(xiàn)高方向性拋物面天線功能,同時(shí),在y極化方向上實(shí)現(xiàn)隨機(jī)散射功能,以降低拋物面天線的背向雷達(dá)散射截面。2、基于隨機(jī)表面的設(shè)計(jì)原理,我們研制了多款寬帶編碼低散射超構(gòu)表面,用于目標(biāo)物體的背向雷達(dá)散射截面縮減。將具有寬帶電磁響應(yīng)的單元結(jié)構(gòu)按照計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列,依次分布在有限尺寸平面內(nèi),在寬帶內(nèi),可實(shí)現(xiàn)背向散射10dB以上的縮減效果。此外,針對(duì)特定的視覺(jué)窗口應(yīng)用背景,如船舶、軍用車輛上的玻璃窗戶,我們還設(shè)計(jì)了具有光學(xué)透明特性的微波寬帶隨機(jī)散射超構(gòu)表面,可同時(shí)用于視覺(jué)觀察和電磁隱身效果。在該類超構(gòu)表面中,我們以透明導(dǎo)電氧化物代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅材料,以柔性透明的介質(zhì)板代替普通電路板材,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了光學(xué)透明和電磁散射特性調(diào)控的功能。仿真分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)量均驗(yàn)證了該超構(gòu)表面的寬帶散射抑制能力。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN011
【圖文】：

根據(jù)Ｖｅｓｅｌａｇｏ發(fā)表的具有重大意義的理論工作，可以推斷，當(dāng)一束光從正折逡逑射率材料入射到負(fù)折射率材料中時(shí)，折射光線將與入射光線在法線的同一側(cè)，如逡逑圖１．２所示。當(dāng)兩種材料的折射率為一正一負(fù)時(shí)，折射光線在交界面出發(fā)生反向逡逑彎折，這一現(xiàn)象與我們熟知的正折射率材料的折射現(xiàn)象完全不同。左手材料的理逡逑論提出預(yù)測(cè)了不同于傳統(tǒng)材料的奇異物理特性，如負(fù)折射［２－４］、完美理想透鏡［５－逡逑９］、逆多普勒效應(yīng)［１０－１３］、逆切倫科夫輻射［１４－１５］和逆古斯?jié)h欣位移［１６－１７］等。逡逑然而，由于自然界中不存在左手材料，Ｖｅｓｅｌａｇｏ在１９６８年提出左手材料的概念逡逑后一直沒(méi)有被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。逡逑產(chǎn)邋ｉ逡逑斧，＞。逡逑Ａ邋／邋：邋＾＜０逡逑、Ｅｒ逡逑圖１．２在正折射率材料和負(fù)折射率材料交界面上發(fā)生的負(fù)折射現(xiàn)象圖，其中在負(fù)折射率材逡逑料中，波矢＾和波印廷矢量至是反平行的，而在正折射率材料中，它們是正平行的。逡逑直到１９９６年，英國(guó)物理學(xué)家Ｐｅｎｄｒｙ教授首次設(shè)計(jì)出具有負(fù)介電常數(shù)的周期逡逑性金屬棒陣列結(jié)構(gòu)［１８］

逑W爵逡逑圖１．４邋Ｐｅｎｄｒｙ教授和Ｓｍｉｔｈ教授提出的人工電磁隱身斗篷中電磁波軌跡示意圖［２１］。逡逑圖１．５邋Ｓｍｉｔｈ教授等人設(shè)計(jì)的Ｘ波段隱身衣實(shí)物圖丨２３］。逡逑隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)人工電磁材料研究的深入，涌現(xiàn)出大量創(chuàng)新性和實(shí)用性的科研逡逑成果。從微波到光學(xué)波段都有人工電磁材料的相關(guān)研究，如人工電磁隱身斗篷、逡逑應(yīng)用于超分辨率成像及無(wú)損檢測(cè)中的超透鏡、基于漸變折射率的透鏡天線和零折逡逑射率天線、理想吸收體等。逡逑１．１．２電磁超構(gòu)表面及其研宄現(xiàn)狀逡逑電磁超構(gòu)表面（英文名稱為ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｓ，又稱超表面）是將亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)按逡逑照特定的規(guī)律排布在表面上形成的陣列，它的厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，因而可以看成是逡逑人工電磁材料的二維形式［２４］。相比人工電磁材料，電磁超構(gòu)表面具有體積小、逡逑重量輕、易于設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)�；诖�，電磁超構(gòu)表面在近十年內(nèi)得到快速發(fā)展，在逡逑微波段、太赫茲甚至光波段都涌現(xiàn)出大量?jī)?yōu)秀科研成果。電磁超構(gòu)表面的應(yīng)用涵逡逑蓋廣泛，如微波器件［２５－２６］、天線［２７－２８】、隱身斗篷［２９］、光學(xué)器件［３０－３２］等。逡逑在人工電磁材料研宄之初

W爵逡逑圖１．４邋Ｐｅｎｄｒｙ教授和Ｓｍｉｔｈ教授提出的人工電磁隱身斗篷中電磁波軌跡示意圖［２１］。逡逑圖１．５邋Ｓｍｉｔｈ教授等人設(shè)計(jì)的Ｘ波段隱身衣實(shí)物圖丨２３］。逡逑隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)人工電磁材料研究的深入，涌現(xiàn)出大量創(chuàng)新性和實(shí)用性的科研逡逑成果。從微波到光學(xué)波段都有人工電磁材料的相關(guān)研究，如人工電磁隱身斗篷、逡逑應(yīng)用于超分辨率成像及無(wú)損檢測(cè)中的超透鏡、基于漸變折射率的透鏡天線和零折逡逑射率天線、理想吸收體等。逡逑１．１．２電磁超構(gòu)表面及其研宄現(xiàn)狀逡逑電磁超構(gòu)表面（英文名稱為ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｓ，又稱超表面）是將亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)按逡逑照特定的規(guī)律排布在表面上形成的陣列，它的厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，因而可以看成是逡逑人工電磁材料的二維形式［２４］。相比人工電磁材料，電磁超構(gòu)表面具有體積小、逡逑重量輕、易于設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)�；诖�，電磁超構(gòu)表面在近十年內(nèi)得到快速發(fā)展，在逡逑微波段、太赫茲甚至光波段都涌現(xiàn)出大量?jī)?yōu)秀科研成果。電磁超構(gòu)表面的應(yīng)用涵逡逑蓋廣泛，如微波器件［２５－２６］、天線［２７－２８】、隱身斗篷［２９］、光學(xué)器件［３０－３２］等。逡逑在人工電磁材料研宄之初

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本文編號(hào)：2773956