近場(chǎng)聚焦綜合技術(shù)與寬帶非色散反射相位調(diào)節(jié)器以及大口徑CTS天線研究.pdf

1、論文結(jié)合科研項(xiàng)目進(jìn)行選題研究。主要研究?jī)?nèi)容為三個(gè)部分，第一部分為近場(chǎng)聚焦與綜合技術(shù)研究，首次提出了一種磁場(chǎng)聚焦技術(shù)和工作于近場(chǎng)的亞波長(zhǎng)環(huán)陣列;第二部分為寬帶非色散反射相位調(diào)節(jié)器:在人工磁導(dǎo)體(AMC, ArtificialMagnetic Conductor)中進(jìn)行non-Foster電路加載，解決了傳統(tǒng)無(wú)源AMC所存在的帶寬窄和強(qiáng)色散特性問題;第三部分為寬頻帶大口徑CTS(Continuous TransverseAntenna)天線

2、研究，仿真設(shè)計(jì)了寬頻帶大口徑平面波饋電，解決了寬頻帶大口徑CTS天線的設(shè)計(jì)問題。文中科研工作的具體內(nèi)容可概述為:
　　1.近場(chǎng)聚焦與綜合技術(shù)研究
　　(1)首次提出了磁窗的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法
　　針對(duì)于磁場(chǎng)的近場(chǎng)聚焦問題，文中首次提出了一種磁窗的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種磁窗可以將與之垂直照射的磁場(chǎng)聚焦成256個(gè)可編程的磁場(chǎng)點(diǎn)。在文中，我們首先提出了一種適應(yīng)于近場(chǎng)聚焦的理論，并由該理論推導(dǎo)出適用于磁場(chǎng)聚焦的設(shè)計(jì)方法。隨后，加

3、工并且測(cè)試了一個(gè)16層、總厚度為2.1mm的磁窗，其總共包含8層聚焦單元，每一層有32個(gè)開口環(huán)和優(yōu)化的導(dǎo)波線作為聚焦之用?；贜I(NationalInstruments)公司推出的Labview軟件，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果相互吻合，并且，通過測(cè)試磁窗在時(shí)域的響應(yīng)表明了可以工作于脈沖激勵(lì)下。該磁窗能夠?qū)⒋艌?chǎng)可編程地聚焦于點(diǎn)狀，可以被應(yīng)用于生物醫(yī)療、近場(chǎng)成像、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和電磁繼電器研究等領(lǐng)域。
　　(2)近場(chǎng)區(qū)域

4、的亞波長(zhǎng)電小環(huán)陣列的綜合與實(shí)現(xiàn)方法
　　不同于在天線遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)在輻射體的近場(chǎng)區(qū)域有著更復(fù)雜的關(guān)系，借用超增益電小天線陣的概念，我們首次提出了一種適用于近場(chǎng)電場(chǎng)或磁場(chǎng)分布綜合的理論及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，通過該理論可以控制凋零磁場(chǎng)的分布，從而在近場(chǎng)區(qū)域得到一個(gè)精確可控的電場(chǎng)分布圖。文中提出了一個(gè)二維近場(chǎng)分布綜合理論，基于全波電磁仿真的結(jié)果表明所提出的方法可以得到聚焦的極化可控的電場(chǎng)分布，隨后，對(duì)其實(shí)現(xiàn)方法也進(jìn)行了討論。根據(jù)所提出的

5、理論，設(shè)計(jì)了一個(gè)48單元三層結(jié)構(gòu)的亞波長(zhǎng)電小環(huán)陣列。采用NI公司的Labview軟件編程實(shí)現(xiàn)48路可調(diào)信號(hào)源，同時(shí)在前面設(shè)計(jì)的近場(chǎng)聚焦測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)出適用于此結(jié)構(gòu)的測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果與仿真和分析結(jié)果的高度一致表明了所提出理論的正確性。該近場(chǎng)綜合理論可以應(yīng)用于類似的近場(chǎng)綜合問題，并且所設(shè)計(jì)的亞波長(zhǎng)電小環(huán)陣列可以被應(yīng)用于神經(jīng)激勵(lì)或者非接觸充電系統(tǒng)中。
　　2.寬帶非色散反射相位調(diào)節(jié)器
　　基于負(fù)電容和負(fù)電感同時(shí)加載的人工

6、磁導(dǎo)體(AMC，Artifical MagneticConductor)，我們提出了一種寬帶無(wú)色散反射相位調(diào)節(jié)器。其中負(fù)電容和負(fù)電感通過non-Foster電路實(shí)現(xiàn)，AMC結(jié)構(gòu)基于傳統(tǒng)高阻抗表面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。首先通過對(duì)理想non-Foster電路和傳統(tǒng)無(wú)源AMC結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，表明該方法的合理性和系統(tǒng)是穩(wěn)定可調(diào)的，最后，基于高精度、可擴(kuò)展的測(cè)試模型，我們?cè)O(shè)計(jì)了滿足要求的non-Foster電路，并且與帶有損耗的AMC結(jié)構(gòu)進(jìn)行了聯(lián)合仿真。數(shù)值分

7、析結(jié)果驗(yàn)證了理論分析結(jié)果，在450 MHz-600 MHz的頻帶內(nèi)，所提出的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出近乎理想的反射相位，反射角度可以進(jìn)一步通過改變加載的電感值從30 nH到50 nH進(jìn)行±90°之間的調(diào)節(jié)。
　　3.寬帶大口徑CTS天線設(shè)計(jì)
　　設(shè)計(jì)了高效率高極化率寬帶大口徑CTS天線。研究了CTS天線的寬帶工作原理和饋電系統(tǒng)，文中對(duì)采用pillbox和加脊喇叭天線相結(jié)合的饋電方式與采用HalfMaxwell魚眼透鏡饋電方式對(duì)于CTS天線