基于超表面的無線信號極化變換技術(shù)研究
發(fā)布時間：2020-12-07 20:12
極化是電磁波的基本屬性之一,它在無線通信領(lǐng)域中有著十分重要的應(yīng)用,所以如何簡單、高效地控制電磁波的極化方向一直是電磁波領(lǐng)域的一個熱門研究課題。利用人工電磁超表面(Metasurface)來設(shè)計極化轉(zhuǎn)換器為該領(lǐng)域的研究提供了新思路。人工電磁超表面是由周期排列的二維單元結(jié)構(gòu)組成的人工電磁結(jié)構(gòu),通過設(shè)計不同的單元結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)對入射電磁波的調(diào)制功能,它有著體積小、易與其他設(shè)備集成的優(yōu)點(diǎn)。本文針對Ku波段分別設(shè)計了透射型和反射型的極化轉(zhuǎn)換器,實現(xiàn)了入射線極化波到其正交極化波的轉(zhuǎn)換。將反射型的極化轉(zhuǎn)換超表面與微帶天線結(jié)合應(yīng)用,設(shè)計出了一種低雷達(dá)截面(RCS,Radar Cross Section)的新型天線,為減少天線的RCS提供了新思路。主要研究內(nèi)容有如下幾點(diǎn):(1)對超表面的極化轉(zhuǎn)換理論進(jìn)行了討論,提出了一種針對Ku波段的透射型線極化轉(zhuǎn)換超表面,并對其單元結(jié)構(gòu)、表面電流和等效電路做出了分析。通過仿真和實驗測量顯示它在12.5GHz~17.5GHz頻段內(nèi)實現(xiàn)了將垂直入射的x極化波透射后轉(zhuǎn)換為y極化波,并使透射極化轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到了90%。(2)分析了反射型極化轉(zhuǎn)換超表面的極化轉(zhuǎn)換原理,提出了針對K...
【文章來源】：貴州大學(xué)貴州省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
電磁波分量的相位差圖3.3表示的是透射后的u極化電磁波tuE與v極化電磁波tvE的相位差（Δ），從
圖 3.4 所示的情況是入射波沿著 z 軸負(fù)方向即從超表面正面垂直入射所得到的仿真結(jié)果，分為入射波是 x 極化或者 y 極化兩種情況，圖中的 Txx和 Tyy分別是正面或者反面入射下的同極化的透射系數(shù)，Txy和 Tyx分別是正面或者反面入射下的交叉極化的透射系數(shù)，Rxx和 Ryy分別是正面或者反面入射下的同極化的反射系數(shù)，Rxy和 Ryx分別是正面或者反面入射下的交叉極化的反射系數(shù)，圖 3.4（a）可以看出入射為 x 極化波時，在大約12.5 GHz 到 17.5 GHz 之間，除了交叉極化上的透射系數(shù)外，其他的透射和反射系數(shù)都是低于-10dB 的，透射的同極化系數(shù)、反射的同極化與正交極化系數(shù)最低都在-20dB 以下， 交叉極化的透射系數(shù)則是在-2dB 以上的。圖 3.4（b）可以看出入射為 y 極化波時，在 12 GHz 到 17.5 GHz 之間，透射波的同極化和交叉極化的透射系數(shù)都保持在很低的狀態(tài)，再加上同極化的反射系數(shù)極高，很多地方都接近于 0dB，說明基本上所有電磁波都被反射回空氣中了，并沒有電磁波能透射過該電磁超表面。
貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文這是因為超表面單元的正面和背面是旋轉(zhuǎn)對稱的，所以用 x 極化的入射波從正面入射時和用 y 極化的入射波從背面入射時，入射波的極化方向和超表面單元結(jié)構(gòu)的相對位置是一樣的，說明此時兩種情況幾乎是一樣的，從正面入射的 x 極化波能透射到背面的空間中，并發(fā)生極化旋轉(zhuǎn)，從背面入射的 y 極化波也能透射到正面的空間并發(fā)生極化旋轉(zhuǎn)又因為正面的 y 極化入射波并不能透射過超表面，與之對應(yīng)的就是從背面入射的 x 極化波也不能透過超表面。兩個相同極化的電磁波從不同方向入射超表面時，一個能透射并發(fā)生交叉極化轉(zhuǎn)換，另一個卻不能并被阻擋，這樣的特性被稱為非對稱傳輸特性[78-80]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于傅里葉分析的超表面多維光場調(diào)控[J]. 楊渤,程化,陳樹琪,田建國. 光學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[2]超表面在紅外波段的光傳輸特性:偏振控制、旋光性和不對稱傳輸[J]. 潘威康,湯登飛,董建峰. 材料導(dǎo)報. 2018(05)
[3]基于各向異性超表面的太赫茲寬帶偏振轉(zhuǎn)換器[J]. 李永花,周璐,趙國忠. 中國激光. 2018(03)
[4]電磁超材料中負(fù)磁導(dǎo)率對負(fù)介電常數(shù)的影響[J]. 黃勇軍,文光俊,李天倩,謝康. 強(qiáng)激光與粒子束. 2010(10)
博士論文
[1]新型人工電磁表面的理論、設(shè)計及系統(tǒng)級應(yīng)用[D]. 李允博.東南大學(xué) 2016
[2]人工電磁結(jié)構(gòu)極化調(diào)制材料的設(shè)計及其應(yīng)用研究[D]. 馬曉亮.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2014
碩士論文
[1]基于手征結(jié)構(gòu)超材料電磁波極化調(diào)控的研究[D]. 謝立云.華中師范大學(xué) 2014
本文編號：2903837
【文章來源】：貴州大學(xué)貴州省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
電磁波分量的相位差圖3.3表示的是透射后的u極化電磁波tuE與v極化電磁波tvE的相位差（Δ），從
圖 3.4 所示的情況是入射波沿著 z 軸負(fù)方向即從超表面正面垂直入射所得到的仿真結(jié)果，分為入射波是 x 極化或者 y 極化兩種情況，圖中的 Txx和 Tyy分別是正面或者反面入射下的同極化的透射系數(shù)，Txy和 Tyx分別是正面或者反面入射下的交叉極化的透射系數(shù)，Rxx和 Ryy分別是正面或者反面入射下的同極化的反射系數(shù)，Rxy和 Ryx分別是正面或者反面入射下的交叉極化的反射系數(shù)，圖 3.4（a）可以看出入射為 x 極化波時，在大約12.5 GHz 到 17.5 GHz 之間，除了交叉極化上的透射系數(shù)外，其他的透射和反射系數(shù)都是低于-10dB 的，透射的同極化系數(shù)、反射的同極化與正交極化系數(shù)最低都在-20dB 以下， 交叉極化的透射系數(shù)則是在-2dB 以上的。圖 3.4（b）可以看出入射為 y 極化波時，在 12 GHz 到 17.5 GHz 之間，透射波的同極化和交叉極化的透射系數(shù)都保持在很低的狀態(tài)，再加上同極化的反射系數(shù)極高，很多地方都接近于 0dB，說明基本上所有電磁波都被反射回空氣中了，并沒有電磁波能透射過該電磁超表面。
貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文這是因為超表面單元的正面和背面是旋轉(zhuǎn)對稱的，所以用 x 極化的入射波從正面入射時和用 y 極化的入射波從背面入射時，入射波的極化方向和超表面單元結(jié)構(gòu)的相對位置是一樣的，說明此時兩種情況幾乎是一樣的，從正面入射的 x 極化波能透射到背面的空間中，并發(fā)生極化旋轉(zhuǎn)，從背面入射的 y 極化波也能透射到正面的空間并發(fā)生極化旋轉(zhuǎn)又因為正面的 y 極化入射波并不能透射過超表面，與之對應(yīng)的就是從背面入射的 x 極化波也不能透過超表面。兩個相同極化的電磁波從不同方向入射超表面時，一個能透射并發(fā)生交叉極化轉(zhuǎn)換，另一個卻不能并被阻擋，這樣的特性被稱為非對稱傳輸特性[78-80]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于傅里葉分析的超表面多維光場調(diào)控[J]. 楊渤,程化,陳樹琪,田建國. 光學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[2]超表面在紅外波段的光傳輸特性:偏振控制、旋光性和不對稱傳輸[J]. 潘威康,湯登飛,董建峰. 材料導(dǎo)報. 2018(05)
[3]基于各向異性超表面的太赫茲寬帶偏振轉(zhuǎn)換器[J]. 李永花,周璐,趙國忠. 中國激光. 2018(03)
[4]電磁超材料中負(fù)磁導(dǎo)率對負(fù)介電常數(shù)的影響[J]. 黃勇軍,文光俊,李天倩,謝康. 強(qiáng)激光與粒子束. 2010(10)
博士論文
[1]新型人工電磁表面的理論、設(shè)計及系統(tǒng)級應(yīng)用[D]. 李允博.東南大學(xué) 2016
[2]人工電磁結(jié)構(gòu)極化調(diào)制材料的設(shè)計及其應(yīng)用研究[D]. 馬曉亮.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2014
碩士論文
[1]基于手征結(jié)構(gòu)超材料電磁波極化調(diào)控的研究[D]. 謝立云.華中師范大學(xué) 2014
本文編號：2903837
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