發(fā)布時(shí)間：2018-06-04 20:29

  本文選題：新型人工電磁表面 + 理論分析和建模��； 參考：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：新型人工電磁表面是平面型新型人工電磁材料,是由亞波長結(jié)構(gòu)單元按照特殊規(guī)律排列的周期或者準(zhǔn)周期的二維表面結(jié)構(gòu)。因其相對于三維新型人工電磁材料具有體積小、剖面低、損耗低、成本低以及易共形設(shè)計(jì)等優(yōu)勢,在近年來對電磁波的調(diào)控研究中發(fā)揮了巨大作用,從而成為電磁場相關(guān)學(xué)科的研究熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。本文詳細(xì)研究了幾種主流的新型人工電磁表面的理論建模方法,基于新型人工電磁表面設(shè)計(jì)了幾類新型電磁器件,并給出新型電磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)概括如下：1).基于各向同性新型人工電磁表面單元結(jié)構(gòu),提出了新型表面波無衍射Bessel透鏡的設(shè)計(jì)方法,且在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。該設(shè)計(jì)方法利用組合透鏡(半麥克斯韋魚眼透鏡加上平板透鏡)的思想,可在點(diǎn)源激勵(lì)下直接產(chǎn)生Bessel波束。2).基于各向同性新型人工電磁表面單元結(jié)構(gòu),提出了實(shí)現(xiàn)新型表面波傅里葉變換透鏡的設(shè)計(jì)方法,且在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。對該透鏡進(jìn)行多饋點(diǎn)激勵(lì),可產(chǎn)生不同出射方向的表面平面波。3).將新型人工電磁表面與全息漏波天線原理相結(jié)合,分別利用全域和子域阻抗干涉圖生成方法實(shí)現(xiàn)了新型多波束天線。其中基于全域干涉圖生成方法所設(shè)計(jì)的雙波束輻射會發(fā)生“兔子耳朵”現(xiàn)象,我們提出用側(cè)饋的方式來解決這一問題,且在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。結(jié)合漏波天線原理,本文給出了一維全息天線與漏波天線的等效性分析,并將其推廣到二維。在國際上首次發(fā)現(xiàn)了僅用頻率便可以控制波束二維空間掃描這一重大現(xiàn)象,并給出計(jì)算頻掃二維波束角的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。4).基于二維類表面等離激元(spoof spp)結(jié)構(gòu),結(jié)合全息天線原理,生成了螺旋式的全息干涉圖,由于該新型人工電磁表面沒有背面金屬,因此可實(shí)現(xiàn)在表面正反兩個(gè)方向分別輻射右旋和左旋圓極化電磁波。5).利用各向同性新型人工電磁表面結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)了兩個(gè)新型雙功能器件：1)相同極化的雙向輻射器；2)正交極化的同向輻射器。所設(shè)計(jì)的兩款戲功能輻射器在不同極化激勵(lì)下具有不同的頻率掃描特性：對于水平極化,波束可以完成一維空間波束頻率掃描；而對于垂直極化,波束則可以完成二維空間波束頻率掃描。本文對第一款雙功能器件進(jìn)行了一維頻率掃描特性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。6).基于表面波透鏡和全息漏波天線的設(shè)計(jì)方法,提出了將兩者結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)低剖面天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,即透鏡可視為多端口饋電網(wǎng)絡(luò),而全息阻抗結(jié)構(gòu)可作為輻射調(diào)制器。最后基于不同位置的饋電配合頻率掃描實(shí)現(xiàn)了對二維空間進(jìn)行波束覆蓋的天線系統(tǒng)。仿真結(jié)果和近場天線的測試結(jié)果均證實(shí)了該天線系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)的正確性。7).基于混合各向同性和各向異性的新型人工電磁表面單元結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了雙傳感器“十”字形天線設(shè)計(jì)。該天線可實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)互相正交維度空間中波束的獨(dú)立頻率掃描�；谔炀�對遠(yuǎn)場目標(biāo)的全覆蓋照射,結(jié)合單雷達(dá)成像信號處理方法,實(shí)現(xiàn)了基于“十”字形天線的微波成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在不同信噪比環(huán)境下對目標(biāo)進(jìn)行了圖像仿真重構(gòu),獲得了較好的圖像分辨率,并證明該成像系統(tǒng)具有良好的抗噪性。
[Abstract]:A new type of artificial electromagnetic surface is a new type of plane type artificial electromagnetic material, which is a periodic or quasi periodic two-dimensional surface structure arranged by a sub wavelength structure unit according to special laws. The study of magnetic wave plays a great role in the research and control of the electromagnetic field. This paper has become the focus and focus of the research on electromagnetic fields. In this paper, the theoretical modeling methods of several mainstream electromagnetic surfaces are studied in detail. Based on the new type of artificial electromagnetic surface, several new types of electromagnetic devices are designed, and the design concept of the new electromagnetic system is given. The research contents and contributions are summarized as follows: 1. Based on the new type of isotropic artificial electromagnetic surface unit structure, a new design method of the new surface wave non diffracting Bessel lens is proposed and verified in the experiment. The design method can be used with the idea of combined lens (half Maxwell fish eye lens plus flat lens), which can be stimulated by point source. Bessel beam.2). Based on the new type of isotropic artificial electromagnetic surface unit structure, a new surface wave Fourier transform lens is designed and verified in the experiment. The surface plane wave.3 with different ejection direction can be generated by the multi feed point excitation of the lens. The principle of wave antenna is combined, and the new multi beam antenna is realized by using the whole domain and the subdomain impedance interferogram, in which the double beam radiation based on the whole domain interferogram generation method will take place "rabbit ears". We propose to use the side feed method to solve this problem, and it has been verified in the experiment. The principle of leaky wave antenna is presented in this paper. The equivalence analysis of one dimensional hologram antenna and leaky wave antenna is given, and it is extended to two-dimensional. In the world, it is the first time to find the important phenomenon that the beam two-dimensional space scanning can be controlled only by frequency, and the empirical formula.4 for calculating the two dimensional beam angle of the frequency sweep is given. Spoof spp structure, combined with the principle of holographic antenna, generates a spiral holographic interferogram. Because the new artificial electromagnetic surface has no back metal, it can radiate right-handed and left-handed circular polarization electromagnetic wave.5 in two directions, respectively. Two new kinds of new artificial electromagnetic surface structure units are designed. Dual function devices: 1) the same polarized two-way radiator; 2) the orthogonal polarization of the same direction radiator. The two play function radiators have different frequency scanning characteristics under different polarization excitation: for horizontal polarization, the beam can complete one dimensional space beam frequency scanning; and for vertical polarization, the beam can be completed. Two dimensional space beam frequency scanning. The first one is tested by the experiment of one dimension frequency scanning characteristic of the first dual function device. Based on the design method of the surface wave lens and the holographic leaky wave antenna, the design of the low profile antenna system is put forward by combining the two methods, that is, the lens can be seen as a multi port feed network, and the holographic hindrance is.6. The anti structure can be used as a radiation modulator. Finally, the antenna system that covers the two-dimensional space is realized based on the feed matching frequency scanning of different positions. The simulation results and the test results of the near field antenna confirm the correctness of the theoretical design of the antenna system. A new type of artificial electricity based on the mixed isotropy and anisotropy of.7). The magnetic surface unit structure is designed to design a dual sensor "ten" shape antenna. The antenna can realize the independent frequency scanning of the beam in two orthogonal dimensional space. Based on the full coverage of the antenna to the far field target, the microwave imaging system based on the "ten" shape antenna is realized with the single radar imaging signal processing method. The image simulation is reconstructed in different signal to noise ratio environment, and better image resolution is obtained. It is proved that the image system has good noise resistance.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O441;TN820

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本文編號：1978729