【摘要】：反射陣列超表面在無線遠程通信系統(tǒng)中有著重要的應用,由于它們的增益很高、波束寬度很窄、結構很簡單。本文提出了一種在X波段工作的反射式波束聚焦表面陣列結構與波束偏轉表面陣列結構。主要研究內容可以概括為以下幾個方面:本文設計了工作在10 GHz的反射陣列的基本單元,為了實現(xiàn)波束偏轉與聚焦,采用帶狀線作為延遲線來補償相位,相位補償范圍可以實現(xiàn)0~2π。本文設計了六種離散的反射相位,分別為0度單元、60度單元、120度單元、180度單元、240度單元和300度單元。設計10 GHz時,聚焦于3倍、5倍、7倍和10倍波長的聚焦表面陣列,在指定聚焦位置后計算得到需要的相位,進而從這六種相位中找到對應的狀態(tài),然后建模仿真。在仿真時使用高斯波束作為饋源,仿真觀察電場,得到仿真圖聚焦效果與理論設計一致。本文設計了工作在10 GHz的偏轉表面陣列,實現(xiàn)反射波束在0~30度范圍偏轉,分別設計了平面波垂直入射時的偏轉表面陣列和實際饋源喇叭入射時的偏轉表面陣列,仿真分析遠場分布圖,通過仿真圖可以得到遠場方向圖顯示偏轉到指定角度,與理論設計偏轉角度一致。本文設計使用12個單元,相鄰單元之間相差30度,首尾單元相位相差30度,相位使用unit cell的邊界條件進行仿真,得到主波束偏轉14度的超表面。本文使用6個基本單元,相鄰單元之間相位相差60度,首尾相位之間相差60度,使用周期結構邊界條件進行仿真,設計得到了主波束偏轉29度超表面。本文簡單闡述了可以在帶狀線延遲線上加載開關二極管,通過控制開關二極管的斷開與導通,進而實現(xiàn)不同的相位變化。為了方便測試,本文選擇加工偏轉20度的表面陣列,饋源采用喇叭天線,饋源喇叭可以實現(xiàn)8 GHz~13 GHz范圍內的良好輻射,因此適合于工作在X波段。對偏轉20度表面陣列進行測試可得到,該表面偏轉效果符合理論預期。
【圖文】：

圖 1-1 可調超表面結構圖[1]右側虛線框中標注的是超表面的基本的結構單元，元周期排列的，每個單元加載變容二極管，通過改容二極管具有不同的容值，進而每個單元可實現(xiàn)不入變容二極管，不同的容值可實現(xiàn)不同的相位，如不同時，反射相位與頻率的關系。圖 1-2 反射相位圖[1]

- 2 -圖 1-2 反射相位圖[1]evenpiper 等研究人員提出了電可調阻抗表面，，，工作頻率為 2.5 GHz~4.5 GHz，反射相位可表面之所以是可調的是因為通過在超表面結構調節(jié)偏壓來控制諧振頻率和反射相位，同時還比傳統(tǒng)的反射陣結構更大的帶寬，這種電調節(jié)陣成本更低。在電可調阻抗表面中加載變容二
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN820

【參考文獻】

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1 劉桐君;習翔;令永紅;孫雅麗;李志偉;黃黎蓉;;寬入射角度偏振不敏感高效異常反射梯度超表面[J];物理學報;2015年23期

本文編號：2630358