電磁波極化調(diào)控在信息通信、目標(biāo)識(shí)別、極化成像和生物醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用意義。傳統(tǒng)的極化調(diào)控器件主要利用具有雙折射特性的材料制作而成,存在著可用材料有限、體積大、損耗大等局限性。超表面是一種新型亞波長(zhǎng)人工電磁器件,通過(guò)改變超表面的亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu),可以對(duì)從其中通過(guò)的電磁波進(jìn)行靈活調(diào)控,進(jìn)而改變電磁波的傳播方向、相位、極化方式或傳播模式等。此外,超表面功能器件還具有小型輕薄、高集成度等優(yōu)勢(shì)。超表面的出現(xiàn)為高效便捷、多功能地進(jìn)行極化調(diào)控提供了新途徑。針對(duì)目前微波波段極化調(diào)控中存在的寬帶動(dòng)態(tài)調(diào)控不足等問(wèn)題,本文基于色散工程,開展了對(duì)極化調(diào)控超表面功能器件的研究。主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)包括:1.基于法諾(FANO)共振模式,設(shè)計(jì)了一種基于雙層橢圓形金屬貼片結(jié)構(gòu)的弱手性超表面。超表面結(jié)構(gòu)的弱手性能夠產(chǎn)生超強(qiáng)旋光性,其厚度僅約為十分之一波長(zhǎng),在諧振頻點(diǎn)處可將入射的線極化電磁波調(diào)制為交叉極化極化電磁波,交叉極化透過(guò)率超過(guò)94%。2.通過(guò)在各向同性人工結(jié)構(gòu)材料中引入電控元件PIN二極管來(lái)構(gòu)造各向異性極化調(diào)控人工結(jié)構(gòu),提出了一種寬帶、動(dòng)態(tài)極化調(diào)控各向異性超表面理論模型;基于漫色散調(diào)控理論,利用傳輸矩陣法和等效電路模型等方法分析驗(yàn)證了寬帶范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)極化調(diào)控超表面方案設(shè)計(jì)的可行性。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出一種可用于寬帶動(dòng)態(tài)極化調(diào)控的反射式超表面,并完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在3.4GHz到8.8GHz的頻率范圍內(nèi),所設(shè)計(jì)的超表面可以將線極化入射波轉(zhuǎn)換成右旋圓極化或者左旋圓極化反射電磁波,也可保持線極化入射波原有的極化狀態(tài)。3.將各向異性極化調(diào)控超表面與傳統(tǒng)基于頻率選擇表面的360°電控波束掃描天線相結(jié)合,設(shè)計(jì)出一種能將線極化轉(zhuǎn)換成圓極化的波束掃描天線。工作頻率為4.5GHz,在4.45GHz-4.55頻率范圍內(nèi),回波損耗小于-10dB,天線軸比小于3dB。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O441;TN820
【部分圖文】：

圖 1.1 各向異性結(jié)構(gòu)形式Figure 1.1 Anisotropic structural forms國(guó)學(xué)者 DAVID S. LERNER 報(bào)道了一種三明治結(jié)構(gòu)各向圖 1.2 所示），由三層電感電容柵格結(jié)構(gòu)組成，較前面可以在兩個(gè)頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的 90 度相位差控制和良好果如圖 1.3 所示，可以看出該材料的插入損耗很小圍內(nèi)小于 2dB。

圖 1.1 各向異性結(jié)構(gòu)形式Figure 1.1 Anisotropic structural forms美國(guó)學(xué)者 DAVID S. LERNER 報(bào)道了一種三明治結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示），由三層電感電容柵格結(jié)構(gòu)組成，較，可以在兩個(gè)頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的 90 度相位差控制和結(jié)果如圖 1.3 所示，可以看出該材料的插入損耗范圍內(nèi)小于 2dB。

圖 1.3 三明治結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)結(jié)果(a).插入損耗 (b).軸比Figure 1.3 Measured results of sandwich structures(a).Insertioin loss (b).Axial ratio在 1996 年，日本東京工程研究院學(xué)者將單層偶極子陣列的線極化到圓極化轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于縫隙波導(dǎo)平面陣列天線上[40,41]，其結(jié)構(gòu)示意如圖 1.4 所示，偶極子的個(gè)數(shù)與縫隙數(shù)相同，且偶極子對(duì)應(yīng)設(shè)置于縫隙上方。測(cè)試結(jié)果如圖 1.5、圖 1.6所示，顯示在 22GHz 處加載極化器的縫隙波導(dǎo)陣列天線其軸比小于 1dB，增益達(dá) 34.5dBi，3dB 軸比帶寬 4.5%。

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本文編號(hào)：2826096