發(fā)布時間：2020-08-06 09:32

【摘要】：超材料是由一系列亞波長單元按周期或非周期排列成的人工結構,可在宏觀上表現(xiàn)出一系列奇異的電磁特性。超材料對電磁波具有很強的調控能力,能自由的控制電磁波傳播的幅度、相位和極化等電磁特性,因而受到人們很大關注。經過二十余年的發(fā)展,超材料研究無論是在理論上還是工程上都取得了重大成果。目前,基于各種形式的可調控超材料是一個研究熱點。而在工程上,基于超材料的天線設計是微波段超材料重要的應用方向之一。本文對這兩個問題進行了深入研究,主要創(chuàng)新點如下:1、設計了工作在37.5GHz的毫米波漸變折射率透鏡天線。為了減小在高頻工作時因為工藝限制引起的折射率的取值局限性,提出在漸變折射率透鏡沿電磁波傳播的方向上采用兩個單元組合排列的方法,以實現(xiàn)折射率的自由取值。2、提出并設計了輻射口面上相位分布和幅度分布都均勻的透鏡天線。通過在天線內插入金屬結構,可使天線口面上電磁場幅度分布變成混合模式,實現(xiàn)近似均勻分布。而漸變折射率透鏡可使天線口面上電磁場相位分布近似均勻。實驗中,通過這兩種方法設計的高增益天線在14.25GHz實現(xiàn)90%以上的口面效率。3、提出并設計了基于寬帶高阻抗表面的低剖面天線。通過將工作在不同頻率的兩個高阻抗單元組合排列,可在更寬的帶寬內展現(xiàn)出高阻抗的特性。由仿真結果可知,基于這個寬帶高阻抗表面設計的低剖面天線可以在1.82GHz到3.56GHz的頻帶內實現(xiàn)S11小于-10dB,并且整個帶寬內遠場增益大于7.3dB。4、提出并設計了基于寬帶極化轉換陣列的低剖面天線。因為反射式線極化轉換器的入射波和反射波互不干涉,所以基于極化轉換陣列的低剖面天線擁有更寬的主瓣寬度。與基于高阻抗表面的低剖面天線相比,這個天線具有更好的遠場穩(wěn)定性。在較寬的帶寬內,這個天線的遠場不會出現(xiàn)柵板,而且可以保證z方向上的增益。由仿真結果可知,從1.5GHz到2.6GHz的頻帶內,所設計的天線在z方向上的增益都大于8dB。5、利用電壓調控的二極管提出并設計了散射波極化方向和散射方向可同時調控的有源超材料。通過設計合適的單元結構,使超材料在臨近的頻段內擁有不同功能。利用二極管在不同狀態(tài)下對單元不同影響,使單元在同一頻段內實現(xiàn)不同功能。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN820;TB34
【圖文】：

1.1 (a)Lindman 設計的人工手性材料的示意圖[1]。(b)Lamb 研究的金屬線陣列的示意引發(fā)了人們對左手媒質材料的研究熱潮。2002 年加拿大的 Eleftheriades 用加了 LC 負載的傳輸線實現(xiàn)了平面的左手媒質材料[5]。2006 年，美國的

SRR開口環(huán)結構的示意圖

ELC電諧振結構的示意圖

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3 許sシ

本文編號：2782180