【摘要】：自2006年變換光學(xué)方法被提出以來,受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注,隨即越來越多的光學(xué)器件被設(shè)計出來。最近幾年,變換光學(xué)的方法不斷完善,諸如隱身斗篷、電磁集中器、導(dǎo)波器件、幻覺器件等器件被設(shè)計出來,而且很多研究者把該方法用于天線設(shè)計,可以增強天線的方向性,增益以及多波束設(shè)計等等。然而通過變換光學(xué)方法得到的器件所具有的材料參數(shù)大多屬于非均勻各向異性,實現(xiàn)起來較為困難。本論文提出了更加有效的方法設(shè)計材料,得到的材料容易制造。本文的重點研究對象是光學(xué)器件和天線設(shè)計。首先,本文介紹了變換光學(xué)相關(guān)的研究背景以及光學(xué)器件和透鏡天線的研究現(xiàn)狀,給出了變換光學(xué)的的坐標變換理論,驗證了麥克斯韋方程組的不變性和保角變換中的光程一致性,也通過完美隱身斗篷的實例對變換光學(xué)理論進行驗證。同時介紹了另外一種完美光學(xué)器件,即麥克斯韋魚眼透鏡(Maxwell Fish-eye Lens,MFEL),對電場分布和時均功率流進行了數(shù)值仿真。其次,本文在介紹現(xiàn)有電磁集中器和旋轉(zhuǎn)衣的基礎(chǔ)上,提出了另外一種多功能的旋轉(zhuǎn)集中器,該器件既可以使電磁波匯聚,也可以使電磁材料包裹的物體發(fā)生旋轉(zhuǎn)。緊接著,本文基于坐標變換法和保角變換法兩種方法設(shè)計了一種透鏡天線,該天線不僅有隱身功能,而且還通過添加材料增強方向性。論文給出了相關(guān)的理論推導(dǎo),所有的推導(dǎo)過程都是基于單位圓完成的。雖然該天線可以位于單位圓域內(nèi)的任意一點,但是它產(chǎn)生的外圍電磁波波前是一樣的。這種性能可以用在電磁隱身方面,使得天線不能被雷達精確追蹤,達到隱身的效果。本文方法使得天線移動的方向上有場壓縮的效果,故而物理空間中的天線相對于虛擬空間中的天線有方向性增強的效果。本文方法得到的電磁材料不僅適用于一個天線,還可以用于天線陣列,為以后的研究提供了一種新的方法。最后,為了進一步提高天線的性能,本論文采取了一種可以把柱面波或球面波轉(zhuǎn)為平面波的方法。前面提到的裝置在二維平面內(nèi)是一個單位圓,改進方法中把柱面波或球面波轉(zhuǎn)為平面波的裝置是一個有缺口的半魚眼透鏡,該裝置投影到平面內(nèi)是一個有缺口的半圓。將有缺口的半圓結(jié)構(gòu)與之前的結(jié)構(gòu)結(jié)合之后對方向性有了很大的提高。通過分別討論一個點源、方陣列源和圓陣列源在有無添加該結(jié)構(gòu)的情況下,對比各自的方向圖變化,可以清楚地發(fā)現(xiàn)在添加了該裝置結(jié)構(gòu)后,方向性得到很大提升,數(shù)值仿真驗證了論文觀點。
【圖文】：

3(a) 圓形隱身斗篷 (b) 橢圓形隱身斗篷 (c) 任意形狀隱身斗篷圖1.2 二維空間中隱身斗篷示意圖圖中無論是哪一種結(jié)構(gòu)的隱身斗篷，最中間被功率流線繞過去的是被隱身物體，里面的物體接收不到外面的信號，同時外面雷達也探測不到里面的物體，實現(xiàn)了相互之間的隱身。為解決被隱身的物體接收不到外面信號的這個缺點，提出了互補型隱身斗篷，這種隱身斗篷完美的解決了上述的這個缺點，并且也達到了隱身的效果。隨著隱身斗篷被提出，其他類型的光學(xué)器件也呼之欲出，其中就有一款器件叫做電磁集中器，該類型的器件首次由杜克大學(xué)的 M. Rahm 等人提出[21]。集中器在太陽能電池或者需要能量集中的裝置中起著重要作用。最先設(shè)計的集中器是圓柱形的，這是因為該形狀的集中器在柱坐標系下很容易推導(dǎo)所需的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。圓柱形集中器利用變換光學(xué)和互補介質(zhì)的概念

結(jié)果顯示在圖 1.3 中，，可以看出黑色細線在一部分區(qū)域有壓縮痕跡，代表能量集中。(a) 圓形集中器 (b) 任意形狀 TE 波照射 (c) 任意形狀點源照射圖1.3 電磁集中器示意圖
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN821.5;TH74

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本文編號：2593432