【摘要】：時間反演技術具有時空同步聚焦特性,自2004年被引入電磁學領域后受到研究學者們的廣泛關注,并在超寬帶電磁波通信、雷達探測、成像等領域中得以理論應用。微波時間反演電磁信號的難以獲取是阻礙時間反演系統(tǒng)走向實際應用的主要因素,本學位論文以時間反演系統(tǒng)實現(xiàn)方案及其關鍵器件為研究課題,主要研究內(nèi)容如下:第一部分主要對基于模擬信號處理技術的時間反演鏡實現(xiàn)方案展開了研究。首先,利用啁啾色散延遲線,提出基于傅里葉變換理論和改進的時間透鏡系統(tǒng)兩種時間反演波形變換系統(tǒng)方案,并分別進行了理論分析、數(shù)值計算和協(xié)同仿真實驗證實。相較于傳統(tǒng)的基于啁啾色散延遲線的時間反演波形變換系統(tǒng),本文提出的兩種方案具有更高的時隙-帶寬乘積,系統(tǒng)能夠處理的輸入信號的時間更長、帶寬更寬,系統(tǒng)結構更為穩(wěn)定,為實物實現(xiàn)模擬信號時間反演系統(tǒng)提供了理論和數(shù)值基礎。其次,利用瞬變媒質和瞬時耦合技術,本文還介紹了兩種基于瞬變系統(tǒng)的時間反演波形變換系統(tǒng)方案,并通過理論分析和數(shù)值計算分別驗證了方案可行性。文中還著重分析了利用瞬時耦合/抓拍的概念來獲取時間反演電磁信號的方法,利用數(shù)值軟件MATLAB和ADS驗證了實驗方案的可操作性,并對其進行了相關實驗設置。本文提出的四種方案為實現(xiàn)高效、實時時間反演鏡提供了極具參考價值的研究成果。第二部分主要對基于啁啾色散延遲線的波形變換系統(tǒng)進行了拓展研究。以寬頻帶、小型化、低損耗為目標,首先分析了系統(tǒng)核心器件——啁啾色散延遲線的設計方案,并分別介紹了基于特征阻抗調制理論、復合左右手傳輸線(CRLH)理論以及微帶色散特性的設計方法,得到了多個滿足要求的色散延遲線結構,并在文中的多個系統(tǒng)中得以應用。此外,基于線性色散延遲線和波形變換系統(tǒng),首次在微波頻段提出了可用于保密通信的時域匿跡/解密系統(tǒng),通過理論推導、數(shù)值計算以及結合實際設計的啁啾色散延遲線的實驗分析對此系統(tǒng)進行了驗證。相比于傳統(tǒng)的保密通信系統(tǒng),由于還需對單純解密后的信號再進行一次時間反演操作,因此該系統(tǒng)對隱匿的時域事件有著雙重保護的作用,在通信過程中更加安全可靠,有著重要的研究意義和價值。最后,在時域匿跡系統(tǒng)的基礎上,本文提出了一種基于時間反演的信息隱藏式無線傳輸方法,并通過實驗驗證了此方案可利用色散延遲線完成對加載信息的隱匿和解密,且系統(tǒng)并不要求其中的色散結構提供線性群時延響應。因此該方案能夠簡化時域匿跡的系統(tǒng)結構,避免線性調制系統(tǒng)中的易探測、易破解、易分析的缺陷,進而增強保密通信的安全可靠性。第三部分主要對基于時間反演技術的超分辨率聚焦和成像探測展開了研究。首先利用一種能為凋落波提供傳播渠道的規(guī)則排列的金屬絲陣列,通過改變時間反演鏡的信號激勵方式或金屬絲陣列的擺放方式,證實了在時間反演技術的支持下,不僅能在原地實現(xiàn)對目標天線發(fā)射的源信號的提取并突破衍射極限成像。還能在異于目標天線的位置實現(xiàn)超分辨率成像,最佳聚焦效果達到了λ/14。這種成像結構對異地恢復和提取源信號、遠場超分辨率成像以及無損探測都有著重要的研究意義。此外,通過在時間反演鏡天線陣列后引入色散饋電網(wǎng)絡,本論文提出了一種新型的增強時間反演探測成像效果的方法,并分別在低介電常數(shù)的復雜環(huán)境以及人體復雜色散環(huán)境中分別進行了理論分析和數(shù)值計算,驗證了此方法能夠降低周圍環(huán)境散射體的影響,增強目標處的聚焦效果。相較于傳統(tǒng)的時間反演成像方案,本方法不需要對目標的位置進行預估計、不需要對接收到的信號進行復雜的后處理操作、能夠簡化探測步驟,增強探測結果。
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【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O441

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本文編號：2224634