本文關(guān)鍵詞：基于超材料結(jié)構(gòu)的極化調(diào)控研究

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【摘要】：現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中,圓極化波具有抗多徑效應(yīng)、抗雨霧干擾等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。它在衛(wèi)星、飛行器、物聯(lián)網(wǎng)等通信領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。而傳統(tǒng)產(chǎn)生圓極化波的方法往往尺寸厚重,不利于系統(tǒng)集成。超材料由于其獨(dú)特的電磁特性近年來(lái)越來(lái)越受到電磁學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注。超材料對(duì)于電磁波極化狀態(tài)有著優(yōu)良的調(diào)控性能,它為高效便捷的進(jìn)行極化調(diào)控提供了新途徑。本文主要研究基于超材料結(jié)構(gòu)的電磁波極化調(diào)控超表面。分別從手性結(jié)構(gòu)和各向異性結(jié)構(gòu)兩個(gè)路徑設(shè)計(jì)了三種結(jié)構(gòu)模型。并且通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)來(lái)分析模型結(jié)構(gòu)的性能,討論它們的工作機(jī)理。論文的主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn):(1)基于手性單元結(jié)構(gòu)特性,設(shè)計(jì)了N型結(jié)構(gòu)極化調(diào)控表面。它是由上下兩層相互旋轉(zhuǎn)90°的N型金屬結(jié)構(gòu)和中間的介質(zhì)基板組成。該結(jié)構(gòu)能夠在3.67 GHz和3.78 GHz處將入射y方向線極化波轉(zhuǎn)換分別為左旋和右旋圓極化波。通過(guò)對(duì)透射波橢偏度和旋光角的分析,也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的旋光性。對(duì)N型手性結(jié)構(gòu)的表面電流進(jìn)行的仿真分析表明,手性結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)交叉極化使得電磁波在通過(guò)手性材料后具有不同相速度的極化波,從而使它能對(duì)電磁波的極化進(jìn)行控制。(2)基于各向異性單元結(jié)構(gòu)特性,設(shè)計(jì)了Q型非扭曲結(jié)構(gòu)極化調(diào)控表面。它由上下兩層對(duì)齊的Q型金屬環(huán)結(jié)構(gòu)和介質(zhì)板組成。它的工作原理類似于線性雙折射,它能在表面的兩個(gè)正交方向上產(chǎn)生不同的折射率,從而將入射線極化波轉(zhuǎn)換為圓極化波。經(jīng)過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,表明該材料能在4.08 GHz時(shí)產(chǎn)生右旋圓極化波,而在5 GHz時(shí)產(chǎn)生左旋波�；谙嗨频臋C(jī)理,我們?cè)O(shè)計(jì)了缺陷金屬環(huán)各向異性結(jié)構(gòu)。它由頂層缺陷金屬結(jié)構(gòu)、底層Q型金屬結(jié)構(gòu)和介質(zhì)板組成。他同樣能在4.5 GHz和4.9 GHz處分別產(chǎn)生左旋和右旋圓極化波。對(duì)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)仿真顯示,能夠通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀對(duì)最終的極化調(diào)控效果進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。通過(guò)對(duì)各種基于超材料結(jié)構(gòu)的電磁波極化調(diào)控研究,顯示了超材料作為一種新興電磁技術(shù)的的巨大研究潛力。
【關(guān)鍵詞】：超材料 手征性 各向異性 極化調(diào)控
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB34;O441
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 超材料的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 基于超材料的極化調(diào)控研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3.1 基于手性結(jié)構(gòu)超材料的極化調(diào)控發(fā)展11-13
• 1.3.2 基于各向異性超材料的極化調(diào)控發(fā)展13-15
• 1.4 本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 2 超材料和極化旋轉(zhuǎn)理論17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 超材料的實(shí)現(xiàn)原理17-20
• 2.2.1 負(fù)介電常數(shù)17-18
• 2.2.2 負(fù)磁導(dǎo)率18-20
• 2.3 超材料結(jié)構(gòu)的研究方法20-22
• 2.3.1 數(shù)值分析法20-21
• 2.3.2 等效電路模型21-22
• 2.3.3 等效介質(zhì)理論22
• 2.4 基于超材料結(jié)構(gòu)的極化調(diào)控理論22-25
• 2.4.1 手性材料調(diào)控原理22-24
• 2.4.2 各向異性材料調(diào)控原理24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 3 N型手性結(jié)構(gòu)超材料的極化轉(zhuǎn)換26-35
• 3.1 N型手性超材料結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)26-27
• 3.2 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果理論分析27-32
• 3.2.1 透射系數(shù)27-28
• 3.2.2 共極化與交叉極化系數(shù)28-29
• 3.2.3 旋光角與橢偏度29-30
• 3.2.4 表面電流分析30-32
• 3.3 幾何參數(shù)討論32-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 4 Q型非扭曲各向異性極化轉(zhuǎn)換35-51
• 4.1 Q型非扭曲結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)35-36
• 4.2 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果理論分析36-40
• 4.2.1 透射系數(shù)36-37
• 4.2.2 共極化與交叉極化系數(shù)37
• 4.2.3 旋光度與橢偏角37-38
• 4.2.4 表面電流分析38-40
• 4.3 幾何參數(shù)仿真討論40-44
• 4.4 衍生結(jié)構(gòu)44-50
• 4.4.1 非扭曲缺陷金屬環(huán)結(jié)構(gòu)模型44-45
• 4.4.2 非扭曲缺陷環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)果分析45-48
• 4.4.3 非扭曲缺陷環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)仿真討論48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 5 總結(jié)與展望51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-57
• 附錄57
• A.作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利目錄57
• B.作者在攻讀學(xué)位期間參加的科研工作57

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1 ;光學(xué)左手超材料捕獲彩虹取得突破[J];光機(jī)電信息;2009年11期

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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4 丁敏;薛暉;吳博;孫兵兵;劉政;黃志祥;吳先良;;基于電磁超材料的兩種等效參數(shù)提取算法的比較分析[J];物理學(xué)報(bào);2013年04期

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本文編號(hào)：598371