基于逆变换光学的天线设计研究

摘要

变换光学的提出为人工电磁材料与电磁波的自由调控之间架起了一座桥梁。变换光学通过坐标变换，对变换媒质的材料参数进行设计，从而使得通过变换媒质的电磁波可以按照人们设想的方式进行传播。借助其可以自由调控电磁波的显著优点，变换光学与天线设计的交叉研究也逐渐成为了热点。本文从变换光学的基本概念出发，结合其相关的延伸理论，并以人工电磁材料作为最终的实现手段，对变换光学在天线设计领域中的应用进行了相关的理论分析与仿真验证，具有一定的理论意义与应用前景。本文的主要研究内容与创新点如下:
　　1.研究了变换光学理论条件下阻抗边界条件的处理方法与应用。理论推导出了共形变换下阻抗边界条件在变换前后应遵循的变换形式，并通过仿真进行了验证。
　　2.以天线应用为背景，提出了逆变换光学的设计思路，实现了传播波到表面波的转化表面以及多波束生成表面的设计。针对传播波到表面波转化表面的设计进行了深入和细致的研究，分析了坐标变换方式以及厚度的不同对其辐射特性的影响。
　　3.基于逆变换光学理论，设计出了一种新型的多波束双极化转换表面，并对结构参数进行了合理的近似和有效的简化，最终通过紧凑的多层人工电磁表面结构予以实现。
　　本文研究表明，以变换光学为理论指导，以人工电磁材料为物质基础的创新研究将为天线辐射特性的灵活且有效调控带来新的思路和途径，相关交叉学科研究领域蕴藏着巨大的科研潜力。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 研究历史与现状

1．2．1 概述

1．2．2 研究现状

1．2．3 发展趋势

1．3 本文主要内容及安排

2 变换光学的基本原理与应用

2．1 变换光学的基本原理

2．1．1 坐标变换理论

2．1．2 人工电磁材料理论

2．2 变换光学的应用

2．3 共形变换原理与应用

2．3．1 共形变换的基本原理

2．3．2 基于共形变换的隐形地毯

2．4 本章小结

3 添加阻抗边界条件的变换光学的理论研究

3．1 天线设计中阻抗边界条件的引入

3．2 添加阻抗边界条件的变换光学研究

3．2．1 理论与方法

3．2．2 仿真与分析

3．3 本章小结

4 基于逆变换光学的反射／透射表面设计

4．1 传播波向表面波转化表面的研究分析

4．1．1 设计原理

4．1．2 纯电介质下表面波天线的仿真与分析

4．1．3 不同坐标变换下传播波到表面波转换表面的设计

4．2 多波束透射表面的设计

4．3 本章小结

5 基于逆变换光学的多波束极化转换表面设计

5．1 基于逆变换光学波束变换表面的理论设计

5．2 基于逆变换光学波束变换表面的仿真分析

5．3 基于耶路撒冷十字的三维波束变换表面设计

5．3．1 连续分布材料参数的离散

5．3．2 人工电磁材料结构的选取

5．3．3 三维波束变换人工电磁表面的构造与实现

5．4 本章小结

第六章 结论

6．1 本文总结

6．2 未来展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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