人工電磁表面是由一系列亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的人造二維電磁材料,它對(duì)電磁波強(qiáng)大靈活的調(diào)控能力使其成為電磁領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文立足于人工表面等離激元（SSPP）和相位調(diào)控超表面深入研究了人工電磁表面對(duì)電磁波的輻射特性調(diào)控。主要工作如下:1)基于SSPP的駐波模式提出了一種寬角度的頻率控制波束掃描天線,該天線由放置在SSPP波導(dǎo)兩側(cè)的金屬圓形貼片構(gòu)成。波導(dǎo)經(jīng)特殊設(shè)計(jì),在工作帶寬內(nèi)傳輸駐波模式的SSPP,安置在波導(dǎo)兩側(cè)的圓形貼片因臨近耦合效應(yīng)能夠?qū)SPP模式轉(zhuǎn)化為空間波模式。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該天線能在9.2GHz-16 GHz范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)83°的波束掃描,且增益都在10.3d Bi以上。2)提出了一種單向輻射的頻率控制掃描天線,該天線由鋸齒狀開(kāi)槽金屬-絕緣體-金屬（CMIM）結(jié)構(gòu)構(gòu)成的SSPP波導(dǎo)和放置在背面的輻射貼片構(gòu)成。提出的CMIM結(jié)構(gòu)波導(dǎo)既作為SSPP波的傳輸載體,又作為輻射貼片的反射地,從而有效的抑制了電磁波向天線下半空間輻射。仿真以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該天線成功實(shí)現(xiàn)了僅在上半空間的單向輻射。3)提出了一種抑制芯片輻射的方案�；赟SPP的表面波特性和色散特性設(shè)計(jì)出一種輻射抑制結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的三維超材料[1,2]

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文緒論4學(xué)家名叫Veselago,他發(fā)現(xiàn)如果將電磁材料的介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ設(shè)置為負(fù)數(shù)-左手材料[3-7]，那么就會(huì)出現(xiàn)一些比較奇特的物理現(xiàn)象，比如負(fù)折射，后向波傳輸，逆切倫科夫輻射等。不幸的是Veselago提出的這些現(xiàn)象僅僅是從Maxwell方程出發(fā)得出的理論結(jié)果，并沒(méi)有具體的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。因此左手材料在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起人們的廣泛關(guān)注。在之后的30年里，左手材料的研究一直處于停滯狀態(tài)。直到1996年，英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院科學(xué)家Pendry創(chuàng)造性的提出了一種金屬導(dǎo)線陣列結(jié)構(gòu)[8],從而實(shí)現(xiàn)了在特定頻段內(nèi)有效介電常數(shù)為負(fù)值。1999年，Pendry又用周期排列的開(kāi)口諧振環(huán)（SplitRingResonator,SRR）結(jié)構(gòu)構(gòu)建了負(fù)的磁導(dǎo)率材料[9]。2001年美國(guó)Smith教授團(tuán)隊(duì)巧妙的將金屬導(dǎo)線陣列和方形開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)合在一起，如圖1.1所示，首次用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了負(fù)折射這一異常現(xiàn)象[1,2]。美國(guó)德克薩斯大學(xué)Walser將該人工復(fù)合材料稱為―metamaterials‖，超材料一詞由此而來(lái)并很快得到廣泛使用。自此關(guān)于超材料的研究被正式拉開(kāi)序幕，大量關(guān)于超材料的理論研究，仿真設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等工作接連涌現(xiàn)。這些研究成果極大的豐富了微波，光學(xué)，電路，材料等領(lǐng)域。超材料所表現(xiàn)出的新穎的電磁特性很快便成為了物理學(xué)界和電磁學(xué)界的研究熱點(diǎn)。圖1.2坐標(biāo)變換光學(xué)原理圖。（a）和（b）分別表示變換前后的網(wǎng)格空間。其中黑色線空間網(wǎng)格，紅色線表示場(chǎng)線軌跡[10]。然而，早期關(guān)于超材料的研究大多局限在單元結(jié)構(gòu)的電磁諧振分析,以及如何去構(gòu)造具有不同特性的雙負(fù)媒質(zhì)，至于超材料的實(shí)際應(yīng)用，并沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文緒論6超材料評(píng)選為近十年人類十大科技突破之一。隨著對(duì)超材料研究的不斷深入人們逐漸發(fā)現(xiàn)超材料對(duì)電磁波的調(diào)控能力不僅僅可以應(yīng)用在電磁隱身，更多關(guān)于超材料的應(yīng)用前景被發(fā)掘出來(lái)，例如超材料透鏡[15]，幻覺(jué)器件[16,17]，―電磁黑洞[18]‖，基于超材料的新型天線[19]等,如圖1.5所示。近年來(lái)，超材料還發(fā)展出了吸波器，超表面，人工表面等離激元等新的分支。后兩節(jié)本文將重點(diǎn)介紹超表面以及人工表面等離激元的概況。圖1.4基于超材料的隱身衣設(shè)計(jì)。（a）微波段二維柱形隱身衣[12]；（b）微波段寬帶地毯式隱身衣[14]；（c）光頻段隱身器件[13]。圖1.5基于超材料的應(yīng)用。（a）三維超材料Luneburg透鏡[15]；（b）超材料―電磁黑洞‖[18]；（c）超材料加載天線[19]。1.2超表面簡(jiǎn)介超材料是通過(guò)在空間有規(guī)律的分布亞波長(zhǎng)尺寸的單元來(lái)實(shí)現(xiàn)奇特的電磁特性。但是復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)導(dǎo)致超材料存在著一些問(wèn)題，如加工難度大，自身引入的電磁損耗高和強(qiáng)色散，這些缺陷很大程度上限制了超材料的應(yīng)用前景。與超材料不同，超表面通過(guò)單層或者很薄的多層結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波進(jìn)行調(diào)控。與波長(zhǎng)相比，超表面的厚度可以忽略不計(jì)，因此超表面可以認(rèn)為是一種二維的電磁材料。另外，

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]攜帶軌道角動(dòng)量渦旋電磁波天線及傳輸系統(tǒng)的研究[D]. 回曉楠.浙江大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3330304