本文關(guān)鍵詞：電磁超材料低散射特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電磁超材料由于其獨(dú)特的電磁響應(yīng)特性受到了越來越多的關(guān)注,傳統(tǒng)材料的性質(zhì)通常由組成它們的原子或分子決定,而電磁超材料允許設(shè)計(jì)者構(gòu)造特定的“原子”或“分子”,以此來得到新的效應(yīng),例如近完美吸收和超分辨成像等。目前,基于這些新效應(yīng),電磁超材料正朝著實(shí)用化方向迅速發(fā)展,例如利用高吸收來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高效電磁隱身。本文圍繞電磁超材料結(jié)構(gòu)降低目標(biāo)散射展開了系統(tǒng)研究。主要包括以下三個(gè)方面:利用超材料結(jié)構(gòu)對電磁波的吸收調(diào)制來達(dá)到控制目標(biāo)散射;利用結(jié)構(gòu)控制電磁波的傳播以實(shí)現(xiàn)繞射來降低目標(biāo)散射;利用結(jié)構(gòu)對電磁波進(jìn)行極化調(diào)制,使入射電磁波轉(zhuǎn)化為所需極化狀態(tài)被完美吸收。此外,針對金屬平板的散射截面進(jìn)行了理論計(jì)算,為后續(xù)的超材料結(jié)構(gòu)層的散射計(jì)算奠定基礎(chǔ)。論文的主要研究內(nèi)容有以下幾點(diǎn):1、利用超材料近完美吸收效應(yīng),實(shí)現(xiàn)了一類集頻率、幅度同時(shí)可調(diào)諧的電磁超材料吸收結(jié)構(gòu)。利用變?nèi)荻䴓O管的電容值隨偏置電壓而改變的特性,將其加載在吸收結(jié)構(gòu)中,改變結(jié)構(gòu)的感抗,從而實(shí)現(xiàn)諧振頻率的調(diào)控;結(jié)合PIN二極管電阻隨偏置電流改變的特性,調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的阻抗,從而實(shí)現(xiàn)吸收幅度的調(diào)控。利用傳輸線理論以及等效電路理論從原理上解釋了其可調(diào)特性。實(shí)測結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果、三維仿真計(jì)算結(jié)果相符,證明了結(jié)構(gòu)的調(diào)頻/調(diào)幅特性。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)英國謝菲爾德大學(xué)的B.Chambers在1999年提出的智能吸波的設(shè)想概念,實(shí)現(xiàn)了一類可自動(dòng)跟蹤入射波頻率智能化吸收系統(tǒng)。2、利用柱面波展開理論,設(shè)計(jì)了一種后向散射縮減結(jié)構(gòu),先用該理論計(jì)算散射縮減結(jié)構(gòu)所需最優(yōu)的電磁參數(shù),然后根據(jù)電磁參數(shù)反演理論選擇合適的電磁超材料結(jié)構(gòu)來等效所需電磁參數(shù),最后全模仿真證明了在一定帶寬內(nèi),所設(shè)計(jì)的超材料結(jié)構(gòu)具有后向RCS縮減功能。3、利用超材料的極化選擇性調(diào)控,結(jié)合PIN二極管的開關(guān)作用,實(shí)現(xiàn)了電控的反射極化轉(zhuǎn)換。改變結(jié)構(gòu)的等效阻抗,也就改變了反射電磁波的相位差,當(dāng)相位差達(dá)到特定數(shù)值時(shí),反射波極化狀態(tài)也就發(fā)生改變。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的寬帶圓極化轉(zhuǎn)換效果,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了雙層結(jié)構(gòu)用來實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換開關(guān),通過PIN二極管的通斷,得到了在四種極化(線極化,左旋圓極化,右旋圓極化,交叉線極化)之間進(jìn)行任意轉(zhuǎn)換的效果。4、利用幾何衍射理論及其一致性形式,從理論上來計(jì)算最簡單材料-金屬導(dǎo)體平板的散射回波,理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性表明了該計(jì)算方法在散射計(jì)算中的有效性。
【關(guān)鍵詞】：電磁超材料 散射縮減 可調(diào)吸波 極化轉(zhuǎn)換 一致衍射理論
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O441
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目錄10-13
• 1 緒論13-35
• 1.1 選題背景及意義13-14
• 1.2 基本概念14-17
• 1.2.1 電磁超材料14-16
• 1.2.2 電磁超材料的局限性16
• 1.2.3 雷達(dá)散射截面16-17
• 1.3 文獻(xiàn)綜述17-33
• 1.3.1 變換光學(xué)理論與電磁波的繞射17-21
• 1.3.2 電磁超材料的吸收特性21-27
• 1.3.3 電磁超材料極化調(diào)制特性27-31
• 1.3.4 電磁超材料參數(shù)測試技術(shù)31-33
• 1.4 研究目標(biāo)及基本思路33
• 1.5 研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)33-35
• 2 電磁超材料研究理論方法35-45
• 2.1 引言35
• 2.2 電磁超材料的研究方法35-44
• 2.2.1 數(shù)值計(jì)算方法35-36
• 2.2.2 等效介質(zhì)理論36-38
• 2.2.3 等效電路模型38-41
• 2.2.4 多層結(jié)構(gòu)傳輸矩陣法41-44
• 2.3 本章小結(jié)44-45
• 3 電磁超材料對電磁波吸收調(diào)控研究45-69
• 3.1 引言45
• 3.2 可控電磁超材料的電磁響應(yīng)分析45-51
• 3.2.1 理想可控散射體單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型45-46
• 3.2.2 可控散射體單元結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算46-48
• 3.2.3 單元結(jié)構(gòu)電磁耦合分析48-51
• 3.3 可控散射體的制備51-55
• 3.4 可控散射體的測試平臺(tái)搭建55-58
• 3.4.1 測試平臺(tái)方案55-56
• 3.4.2 測試平臺(tái)搭建56-58
• 3.5 可控散射體的測試和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證58-60
• 3.5.1 測試方法58
• 3.5.2 試驗(yàn)測試結(jié)果58-60
• 3.6 智能調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)60-68
• 3.7 本章小結(jié)68-69
• 4 基于柱面波展開理論的后向散射縮減69-86
• 4.1 引言69
• 4.2 柱面波散射理論及后向散射縮減69-76
• 4.2.1 柱面波散射理論69-73
• 4.2.2 高功率條件下電磁波繞射優(yōu)化設(shè)計(jì)73-76
• 4.3 CST超材料單元結(jié)構(gòu)材料參數(shù)提取及設(shè)計(jì)76-80
• 4.3.1 電磁參數(shù)的反演76-77
• 4.3.2 TM極化超材料單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)77-80
• 4.4 超材料單元結(jié)構(gòu)陣列的制備80-82
• 4.5 CST多層圓柱模型集成設(shè)計(jì)82-85
• 4.5.1 電磁超材料整體模型設(shè)計(jì)82
• 4.5.2 TM極化下整體模型仿真結(jié)果圖82-85
• 4.6 本章小結(jié)85-86
• 5 電磁波極化調(diào)控及平板RCS計(jì)算86-97
• 5.1 引言86-87
• 5.2 電磁波極化動(dòng)態(tài)調(diào)制87-93
• 5.2.1 電磁波極化動(dòng)態(tài)調(diào)制原理87-89
• 5.2.2 理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證89-91
• 5.2.3 極化開關(guān)器設(shè)計(jì)91-93
• 5.3 金屬平板RCS計(jì)算93-96
• 5.4 本章小結(jié)96-97
• 6 總結(jié)與展望97-99
• 6.1 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和結(jié)論97-98
• 6.2 展望98-99
• 參考文獻(xiàn)99-110
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果11

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2 聞孺銘;李凌云;韓克武;孫曉瑋;;微波超材料隱形結(jié)構(gòu)及其新型快速實(shí)驗(yàn)方案[J];物理學(xué)報(bào);2010年07期

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