介質(zhì)型人工電磁表面在隱身和極化轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用研究.pdf

1、超表面是一種二維形式的超材料，它由尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的電磁諧振單元按特定的排列方式所構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)一系列新型電磁功能，具有重要的科學(xué)研究和工程應(yīng)用價(jià)值。超表面可分為金屬基超表面及介質(zhì)基超表面兩大類。金屬基超表面主要通過(guò)調(diào)整表面金屬單元的形狀和尺寸獲得理想的電磁波幅相分布，但在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合如高腐蝕、高溫等環(huán)境中，金屬單元的應(yīng)用受到較大的局限。而介質(zhì)基超表面因其優(yōu)異的物理特性及化學(xué)特性，在上述場(chǎng)合中具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。因此，本論文重點(diǎn)研究介

2、質(zhì)基超表面的設(shè)計(jì)理論及其潛在應(yīng)用，主要內(nèi)容共分為以下三部分:
　　(1)研究了隱身概念、隱身需求及現(xiàn)有隱身技術(shù)的研究現(xiàn)狀，提出了一種低散射介質(zhì)隨機(jī)表面的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)討論了介質(zhì)諧振器原理和隨機(jī)表面原理，給出了介質(zhì)隨機(jī)表面的單元設(shè)計(jì)方法和陣列設(shè)計(jì)方法。針對(duì)現(xiàn)有的金屬基單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種介質(zhì)基單元結(jié)構(gòu)，該單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主體部分為一個(gè)方形介質(zhì)塊和背后的金屬平面。隨后進(jìn)行陣列設(shè)計(jì)得到低散射介質(zhì)型隨機(jī)表面器件。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示該器件具備

3、優(yōu)良的隱身特性，可以滿足Ku波段的隱身需求。
　　(2)研究了電磁波的極化形式和轉(zhuǎn)換原理，探究了Fabry-Perot諧振腔原理，并基于Fabry-Perot諧振腔原理設(shè)計(jì)了一款反射式極化轉(zhuǎn)換器。該極化轉(zhuǎn)換器單元結(jié)構(gòu)上方為一個(gè)長(zhǎng)方體介質(zhì)塊，介質(zhì)塊長(zhǎng)軸與垂直方向平行，下方為金屬地。仿真結(jié)果顯示，在波段8.7GHz-12.5GHz內(nèi)，交叉極化轉(zhuǎn)換率達(dá)到90％以上。該極化轉(zhuǎn)換器具有工作頻段寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、極化轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。
　　

4、(3)研究了軌道角動(dòng)量的應(yīng)用背景和發(fā)展現(xiàn)狀，依據(jù)螺旋相位法原理設(shè)計(jì)了一款軌道角動(dòng)量器件，該軌道角動(dòng)量器件的基本單元結(jié)構(gòu)與第三章的極化轉(zhuǎn)換器單元結(jié)構(gòu)類似，改變介質(zhì)塊的長(zhǎng)寬，可以實(shí)現(xiàn)其反射相位的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軌道角動(dòng)量對(duì)組成單元的相位要求。仿真結(jié)果顯示該軌道角動(dòng)量器件可達(dá)到15GHz-20GHz的帶寬。最后設(shè)計(jì)了一款波束偏折軌道角動(dòng)量器件，該器件的出射波束可以向預(yù)設(shè)的方向偏折，拓展了其工作范圍。這兩個(gè)器件以介質(zhì)為主導(dǎo)，突破了以往金屬結(jié)構(gòu)主導(dǎo)