各向異性人工電磁超表面在極化調(diào)控中的應(yīng)用.pdf

1、新型人工電磁材料（Metamaterial）是一種由周期或者非周期的人工單元結(jié)構(gòu)排列構(gòu)成的復(fù)合電磁材料。它主要是通過調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)滿足所需的電磁參數(shù)，進而實現(xiàn)媒質(zhì)對電磁波的靈活調(diào)控。人工電磁超表面(Metasurface)是一種二維平面新型人工電磁材料，通過在兩種介質(zhì)分界面上設(shè)計特殊超表面金屬單元結(jié)構(gòu)，使入射電磁波在分界面上產(chǎn)生相位不連續(xù)性來實現(xiàn)波的異常折射和反射，達(dá)到對電磁波調(diào)控的目的。人工電磁超表面最初是在光波段提出，可以實現(xiàn)普通電磁

2、表面不具備的新奇特性，例如負(fù)折射、負(fù)反射、極化旋轉(zhuǎn)等全新的物理現(xiàn)象。然而，一般情況下，透射式人工電磁超表面效率較低，難以達(dá)到微波頻段應(yīng)用需求，而反射式人工超表面效率較高，接近100％。本論文主要提出一種微波頻段反射式各向異性人工電磁超表面，通過對各向異性人工結(jié)構(gòu)的設(shè)計，實現(xiàn)對不同極化電磁波波的分別獨立控制。在此基礎(chǔ)上，本論文設(shè)計并實現(xiàn)了極化轉(zhuǎn)換和極化分離等器件，實驗效果與仿真結(jié)果完全吻合，驗證了該反射式各向異性電磁波超表面對不同極化電磁

3、波分別獨立調(diào)控的能力。主要研究內(nèi)容包括以下方面:
　　(1)利用各向異性人工電磁超表面構(gòu)建了極化轉(zhuǎn)換器件。由強各向異性的“工”字型單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的人工電磁超表面可以實現(xiàn)雙頻點雙極化轉(zhuǎn)換，對于構(gòu)建多功能極化轉(zhuǎn)換器件具有重要作用。然而，這種單元結(jié)構(gòu)具有局限性，只能在較窄的頻率內(nèi)實現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換的功能。為此，本論文還提出了正交“工”字型結(jié)構(gòu)來拓展極化轉(zhuǎn)換的帶寬。
　　(2)利用各向異性人工電磁超表面實現(xiàn)電磁波的極化分離。由正交“工”字型

4、組成的單元結(jié)構(gòu)可以獨立控制兩個正交極化的反射相位，與廣義斯涅爾定理相結(jié)合就可以將不同極化的電磁波向任意方向偏折。基于這一功能，本論文中構(gòu)建了一維極化分離器和二維極化分離器，調(diào)控兩個正交極化的波分別偏折在同一平面內(nèi)和三維空間中。
　　(3)利用人工電磁超表面實現(xiàn)波束偏折型的極化轉(zhuǎn)換器件。由于反射式極化轉(zhuǎn)換器件在與饋源結(jié)合過程中，入射波方向與反射波方向是一致的，這會造成嚴(yán)重的饋源遮擋效應(yīng)。為此，本論文還提出了具有波束偏折功能的極化轉(zhuǎn)換