【摘要】：反射陣列超表面在無(wú)線遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用,由于它們的增益很高、波束寬度很窄、結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單。本文提出了一種在X波段工作的反射式波束聚焦表面陣列結(jié)構(gòu)與波束偏轉(zhuǎn)表面陣列結(jié)構(gòu)。主要研究?jī)?nèi)容可以概括為以下幾個(gè)方面:本文設(shè)計(jì)了工作在10 GHz的反射陣列的基本單元,為了實(shí)現(xiàn)波束偏轉(zhuǎn)與聚焦,采用帶狀線作為延遲線來(lái)補(bǔ)償相位,相位補(bǔ)償范圍可以實(shí)現(xiàn)0~2π。本文設(shè)計(jì)了六種離散的反射相位,分別為0度單元、60度單元、120度單元、180度單元、240度單元和300度單元。設(shè)計(jì)10 GHz時(shí),聚焦于3倍、5倍、7倍和10倍波長(zhǎng)的聚焦表面陣列,在指定聚焦位置后計(jì)算得到需要的相位,進(jìn)而從這六種相位中找到對(duì)應(yīng)的狀態(tài),然后建模仿真。在仿真時(shí)使用高斯波束作為饋源,仿真觀察電場(chǎng),得到仿真圖聚焦效果與理論設(shè)計(jì)一致。本文設(shè)計(jì)了工作在10 GHz的偏轉(zhuǎn)表面陣列,實(shí)現(xiàn)反射波束在0~30度范圍偏轉(zhuǎn),分別設(shè)計(jì)了平面波垂直入射時(shí)的偏轉(zhuǎn)表面陣列和實(shí)際饋源喇叭入射時(shí)的偏轉(zhuǎn)表面陣列,仿真分析遠(yuǎn)場(chǎng)分布圖,通過(guò)仿真圖可以得到遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖顯示偏轉(zhuǎn)到指定角度,與理論設(shè)計(jì)偏轉(zhuǎn)角度一致。本文設(shè)計(jì)使用12個(gè)單元,相鄰單元之間相差30度,首尾單元相位相差30度,相位使用unit cell的邊界條件進(jìn)行仿真,得到主波束偏轉(zhuǎn)14度的超表面。本文使用6個(gè)基本單元,相鄰單元之間相位相差60度,首尾相位之間相差60度,使用周期結(jié)構(gòu)邊界條件進(jìn)行仿真,設(shè)計(jì)得到了主波束偏轉(zhuǎn)29度超表面。本文簡(jiǎn)單闡述了可以在帶狀線延遲線上加載開關(guān)二極管,通過(guò)控制開關(guān)二極管的斷開與導(dǎo)通,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同的相位變化。為了方便測(cè)試,本文選擇加工偏轉(zhuǎn)20度的表面陣列,饋源采用喇叭天線,饋源喇叭可以實(shí)現(xiàn)8 GHz~13 GHz范圍內(nèi)的良好輻射,因此適合于工作在X波段。對(duì)偏轉(zhuǎn)20度表面陣列進(jìn)行測(cè)試可得到,該表面偏轉(zhuǎn)效果符合理論預(yù)期。
【圖文】：

圖 1-1 可調(diào)超表面結(jié)構(gòu)圖[1]右側(cè)虛線框中標(biāo)注的是超表面的基本的結(jié)構(gòu)單元，元周期排列的，每個(gè)單元加載變?nèi)荻䴓O管，通過(guò)改容二極管具有不同的容值，進(jìn)而每個(gè)單元可實(shí)現(xiàn)不入變?nèi)荻䴓O管，不同的容值可實(shí)現(xiàn)不同的相位，如不同時(shí)，反射相位與頻率的關(guān)系。圖 1-2 反射相位圖[1]

- 2 -圖 1-2 反射相位圖[1]evenpiper 等研究人員提出了電可調(diào)阻抗表面，，，工作頻率為 2.5 GHz~4.5 GHz，反射相位可表面之所以是可調(diào)的是因?yàn)橥ㄟ^(guò)在超表面結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)偏壓來(lái)控制諧振頻率和反射相位，同時(shí)還比傳統(tǒng)的反射陣結(jié)構(gòu)更大的帶寬，這種電調(diào)節(jié)陣成本更低。在電可調(diào)阻抗表面中加載變?nèi)荻?
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN820

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉桐君;習(xí)翔;令永紅;孫雅麗;李志偉;黃黎蓉;;寬入射角度偏振不敏感高效異常反射梯度超表面[J];物理學(xué)報(bào);2015年23期

本文編號(hào)：2630358