人工电磁超表面对不同极化电磁波独立调控研究

摘要

人工电磁超表面(Metasurface)是由亚波长的电磁单元基于特定规律排列的二维平面结构。通过设计单元的自身结构和排布方式，可以对电磁波的反射与折射效果进行调控。本文利用各向异性人工电磁超表面可以独立调控不同极化电磁波的特性，设计了一个工作在太赫兹波段的极化分离器，提出了一种双馈源各向异性人工电磁超表面的设计思路，实现了出射波极化的实时可调。主要研究内容如下:
　　(1)利用具有各向异性人工电磁超表面实现太赫兹波的极化分离。利用广义斯涅耳定律计算将不同极化的电磁波独立偏折到设计角度所需的反射相位分布，利用各向异性单元结构对不同极化电磁波的独立响应找到反射相位分布所对应的单元尺寸。设计加工并测试了一个中心频率为1THz的太赫兹极化分离器，测试结果与仿真结果吻和良好。
　　(2)通过调节两个馈源的相位差，利用各向异性人工电磁超表面控制单个波束的极化形式。利用单馈源球面波转平面波的相位补偿理论，计算单个馈源照射下产生特定角度出射波所需的反射相位分布。设计了一个工作在Ku波段的双馈源单波束各向异性人工电磁超表面，分析了两个正交放置的馈源产生相同方向的波束时，出射波的极化状态与馈源间相位差的关系。
　　(3)通过调节两个馈源的相位差，利用各向异性人工电磁超表面同时控制多个波束的极化形式。利用单馈源产生多波束的口面场叠加法，计算单个馈源照射下产生多波束波所需的反射相位分布。设计了一个工作在Ku波段的双馈源双波束各向异性人工电磁超表面，分析了两个正交放置的馈源产生相同的多波束时，各个出射波的极化状态与馈源间相位差的关系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 新型人工电磁材料

1．2 人工电磁超表面

1．2．1 人工电磁超表面的基本概述

1．2．2 广义斯涅耳定律

1．2．3 人工电磁超表面的分类与应用

1．3 本文的研究内容与安排

第二章 基于各向异性人工电磁超表面的太赫兹极化分离器

2．1 引言

2．2 太赫兹极化分离器的工作原理与设计方法

2．2．1 极化分离器的基本介绍

2．2．2 极化分离器的基本原理

2．2．3 波束的异常反射理论

2．2．4 各向异性单元的设计

2．2．5 极化分离器的阵面设计与仿真结果

2．3 太赫兹极化分离器的加工与测试

2．3．1 太赫兹技术的简要介绍

2．3．2 太赫兹极化分离器的加工流程

2．3．3 太赫兹极化分离器的测试

2．4 本章小结

第三章 双馈源单波束各向异性人工电磁超表面

3．1 引言

3．2 单一馈源照射下球面波转平面波的相位补偿原理

3．3 单馈源球面波转平面波反射面设计

3．3．1 馈源的选取与分析

3．3．2 单元结构的设计

3．3．3 单馈源球面波转平面波人工电磁超表面阵面设计

3．4 双馈源单波束各向异性人工电磁超表面设计

3．4．1 双馈源人工电磁超表面原理分析

3．4．2 双馈源单波束各向异性人工电磁超表面阵列设计与仿真

3．5 本章小结

第四章 双馈源多波束各向异性人工电磁超表面

4．2．1 多波束反射阵的基本介绍

4．2．2 基于口面场叠加法的多波束人工电磁超表面设计思路

4．3 单馈源多波束人工电磁超表面

4．3．1 单馈源多波束各向异性人工电磁超表面的设计流程

4．3．2 单馈源双波束人工电磁超表面设计

4．4 双馈源多波束各向异性人工电磁超表面

4．4．1 双馈源多波束各向异性人工电磁超表面设计

4．4．2 双馈源双波束各向异性人工电磁超表面阵面设计

4．4．3 双馈源双波束各向异性人工电磁超表面波束极化分析

4．4．4 双馈源双波束各向异性人工电磁超表面仿真分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果