基于各向異性電磁超表面的多波束輻射與極化調控研究.pdf

1、新型人工電磁材料(Metamaterials)是一種由人工設計的遠小于電波長的單元結構進行周期或非周期性排列構成的復合材料，它通過調節(jié)單元結構的形狀、尺寸可以獲得自然媒質所不具備的奇異電磁特性，從而實現對電磁波的靈活調控。人工電磁超表面(Metasurface)是近幾年新型人工電磁材料研究的最新發(fā)展方向和研究熱點之一，它是一種超薄的二維陣列平面，通過把亞波長尺寸的新型人工電磁材料有規(guī)律的排布成平面陣設計而成，可分為反射式和透射式兩種基本

2、類型，在微波頻段，相比于透射式人工電磁超表面，反射式人工電磁超表面效率很高，幾乎達到100％，因此，在本文中我們選擇反射式人工電磁超表面進行研究。在人工電磁超表面單元結構的選取上，本論文選取了一種十字交叉的“工”字型結構，通過調節(jié)水平和垂直兩個正交方向上“工”字型的尺寸可以實現對水平極化波和垂直極化波的分別獨立調控。本論文將傳統(tǒng)的多波束平面反射陣天線的設計理念與各向異性超表面有機結合，實現對水平和垂直極化多個波束輻射方向和相位的分別獨立

3、調控，并且可以將兩個正交極化方向上的輻射波調控到同一個輻射方向，并通過其不同相位差的設計，分別獨立調控每個波束的極化狀態(tài)，實現對多個波束極化狀態(tài)的調控。在此基礎上，本論文設計實現了工作于Ku波段的三款具有不同功能的各向異性電磁超表面，并進行了實驗驗證，實驗結果、仿真結果與理論設計吻合的良好，驗證了該各向異性超表面對多個波束極化方式的獨立調控能力。論文的主要研究內容包括以下幾個方面:
　　(1)研究了基于各向異性電磁超表面多波束輻射

4、與極化調控的基本原理和設計方法。各向異性電磁超表面可以對水平極化和垂直極化電磁波的相位進行獨立調控，結合多波束的設計方法可以實現對這兩個正交極化方向上多波束的波數和輻射方向的分別獨立調控，在此基礎上將水平極化和垂直極化輻射波束調控到同一個輻射方向上，通過控制兩個正交極化方向上的相位差，可實現對每個波束極化狀態(tài)的單獨調控。
　　(2)研究并分析了各向異性電磁超表面基本單元結構的電磁特性，介紹了具有相等E面和H面方向圖的波導探頭饋源。

5、本論文選取一種十字交叉“工”字型結構作為各向異性電磁超表面的基本單元，通過控制水平和垂直方向“工”字型結構的尺寸實現對水平極化和垂直極化電磁波輻射相位的分別獨立調控。另外，本文選取了一款具有相等E面和H面輻射方向圖的同軸波導結構作為饋源，具有體積小、剖面低、方向圖圓對稱好、相位中心穩(wěn)定、增益穩(wěn)定的優(yōu)勢。
　　(3)設計了三款具有不同極化調控功能的各向異性電磁超表面，并進行了相應的實驗驗證。本論文研究并設計了一款二波束極化調控各向異