【摘要】：隨著微波無線技術(shù)的迅速發(fā)展,雷達(dá)、導(dǎo)航和衛(wèi)星通信等眾多領(lǐng)域?qū)﹄姶挪O化調(diào)控提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換電磁波極化的方法主要基于無源電路以及雙折射晶體,但其面臨轉(zhuǎn)化效率低、工作帶寬較窄及設(shè)計復(fù)雜等缺點。極化旋轉(zhuǎn)器,可以在保證電磁波線極化的同時,將入射線極化電磁波的極化方向旋轉(zhuǎn)一定角度�；诔砻娴臉O化旋轉(zhuǎn)器具有效率高、剖面低等優(yōu)點,受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注。高效率的三頻段和雙極化的極化旋轉(zhuǎn)器是目前研究的難點。論文對基于超表面的極化旋轉(zhuǎn)器進行了深入研究,針對極化旋轉(zhuǎn)器的研究所面臨的兩個難點,分別設(shè)計、加工并測試了兩款具有不同特性的極化旋轉(zhuǎn)器。論文的主要研究成果為:1.高效率三頻段極化旋轉(zhuǎn)器設(shè)計。首先,利用一層開口諧振環(huán)和兩層正交極化線柵所組成的類三明治結(jié)構(gòu)設(shè)計了一款高效率單頻段透射型極化旋轉(zhuǎn)器。該極化旋轉(zhuǎn)器可以在4.8-13 GHz頻段內(nèi)將入射線極化平面波旋轉(zhuǎn)90°,帶內(nèi)平均極化旋轉(zhuǎn)效率為93.1%。其次,詳細(xì)研究了影響其極化旋轉(zhuǎn)效率和頻帶移動的各個參數(shù),并以其為原型,創(chuàng)新性地設(shè)計了由三個不同半徑的同心開口環(huán)組成的三頻段極化旋轉(zhuǎn)器。通過金屬表面電流分布和空間電場分布對該三頻段極化旋轉(zhuǎn)器的工作機理進行了詳細(xì)分析。最后對該三頻段極化旋轉(zhuǎn)器進行加工與測試。其交叉極化傳輸系數(shù)大于0.8的頻段分別為4.55-7.78 GHz(相對帶寬為52%)、9.75-11.4 GHz(相對帶寬為15.6%)和14.85-16.48 GHz(相對帶寬為10.4%),帶內(nèi)平均極化旋轉(zhuǎn)效率分別為98.8%、98.7%和93.4%。2.高效率雙極化雙頻段極化旋轉(zhuǎn)器設(shè)計。首先基于4層截斷線超表面,設(shè)計了工作在低頻段的高效率y極化旋轉(zhuǎn)器;其次基于4層開口環(huán)超表面,設(shè)計了工作在高頻段的高效率x極化旋轉(zhuǎn)器。通過分析不同頻率下4層超表面的電流分布,可對其極化旋轉(zhuǎn)機理進行詳細(xì)解釋。在此基礎(chǔ)上,將該兩種設(shè)計結(jié)合,實現(xiàn)了一款新型雙極化雙頻段高效率極化旋轉(zhuǎn)器。最后加工并測試了一款由20×20個單元所組成的雙極化雙頻段極化旋轉(zhuǎn)器。測量結(jié)果表明,該極化旋轉(zhuǎn)器可以在7.7-13.6 GHz頻段內(nèi)將入射的y極化電磁波轉(zhuǎn)換成x極化;在15.3-22.8 GHz頻段內(nèi)將入射的x極化電磁波轉(zhuǎn)換成y極化,相對帶寬分別為56%和40%,平均極化旋轉(zhuǎn)效率分別為98.7%和95.1%,且在工作頻段內(nèi)交叉極化傳輸系數(shù)均大于0.9。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O441
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文對電磁波傳播方向和極化方式的控制。因此，超表面具有強大的電磁場操控能力，它為新一代微波和光學(xué)器件提供了巨大的基于，受到人們的廣泛關(guān)注，并逐漸成為一個熱門研究方向。超材料一般具有三維立體結(jié)構(gòu)，雖然其可調(diào)節(jié)參數(shù)較多，靈活性較大，易實現(xiàn)不同的功能，但也正是因為其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，且對于一些透射型電磁設(shè)備而言損耗較大，因此在很多應(yīng)用方面受到限制。研究人員根據(jù)三維超材料的工作原理，提出了二維結(jié)構(gòu)的超材料，即超表面。超表面的加工可以利用現(xiàn)有成熟的蝕刻或印刷技術(shù)實現(xiàn)，降低了生產(chǎn)成本。相較于超材料，超表面還擁有較小的物理尺寸和傳輸損耗，便于集成在對剖面和傳輸損耗要求較高的微波設(shè)備中。

x yE xE yEcos( )x t kz ， cos( )y ym yE E t kz 。極化空間固定點上隨時間變化所描繪的軌跡來描述。電磁極化、橢圓極化和線極化。若E 的矢端軌跡是一條直矢端軌跡是圓，稱該波為圓極化波；若矢端軌跡是橢極化波的示意如圖 1.2 所示。pyxxExEy(a) 線極化 (b) 圓極化y

圖 1.3 文獻[29]中的極化旋轉(zhuǎn)器示例頻段人工電磁材料的極化控制特性進行研究的科 年研究了基于螺旋體的旋轉(zhuǎn)偏振面[31]。除此之外，用一組平面密集的網(wǎng)格線，這些網(wǎng)格線從一層到另一式線柵偏振旋轉(zhuǎn)器具有較低的反射損耗和較寬的帶射波，從而將此類裝置的反射損失降至最低。文獻構(gòu)中傾斜的金屬化層之間不需要電接觸。基于此發(fā)線的方法，可通過厚度為 λ/30 的單層結(jié)構(gòu)實現(xiàn) 7°擁有 250°的旋轉(zhuǎn)能力。該結(jié)構(gòu)包括許多堆疊的金屬口環(huán)諧振器構(gòu)成。在微波頻段內(nèi)具有高達(dá) 96%的轉(zhuǎn)人[28]提出了基于雙層超表面的透射型極化旋轉(zhuǎn)器。刷在 Taconic TLY-5 介質(zhì)的兩側(cè)。兩側(cè)的金屬印刷圖成，每個超表面單元由四個矩形金屬條旋轉(zhuǎn)放置組

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本文編號：2791329