時間反演電磁波在復(fù)雜媒介中的傳播特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、鑒于時間反演電磁學(xué)在超寬帶電磁波通信、雷達探測與成像等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，因此，基于時間反演電磁波的超分辨聚焦特性的研究受到廣泛關(guān)注。為滿足無線通信系統(tǒng)在大容量、高速率、小型化等方面日益增長的需求，在受限空間內(nèi)實現(xiàn)信道獨立的多天線系統(tǒng)顯得極其重要，而用于實現(xiàn)時間反演超分辨的特殊媒介的設(shè)計是電磁波的超分辨?zhèn)鬏敿夹g(shù)的關(guān)鍵。本論文以介質(zhì)媒介與金屬媒介作為研究對象，對時間反演電磁波的傳播特性進行了深入研究。利用不同材質(zhì)的圓柱散射體構(gòu)建二維

2、以及三維的亞波長陣列結(jié)構(gòu)，研究了其對目標(biāo)源的散射特性的影響。綜合分析結(jié)果，提出了三種亞波長天線陣列，實現(xiàn)了時間反演電磁波的超分辨?zhèn)鬏敚荚跒榛跁r間反演技術(shù)的多天線系統(tǒng)的設(shè)計提供指導(dǎo)作用，本論文的主要研究內(nèi)容概括如下：
　　第一章，介紹了時間反演技術(shù)的研究背景和意義，簡單闡述了近年來時間反演聚焦理論的發(fā)展，回顧了超分辨成像技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及各類亞波長天線陣列的研究進展。
　　第二章，深入研究了時間反演電磁波在二維媒介中的傳播

3、特性。利用介質(zhì)圓柱散射體構(gòu)建二維媒介，結(jié)合時間反演技術(shù)，理論分析和數(shù)值驗證給出了在介質(zhì)圓柱散射體構(gòu)建的周期結(jié)構(gòu)中，時間反演聚焦成像可以實現(xiàn)的分辨率極限值，該工作豐富了基于介質(zhì)媒介的時間反演成像的理論，為用于高分辨成像的介質(zhì)媒介結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。
　　第三章，主要對時間反演電磁波在金屬媒介中的傳播特性展開了研究。首先，通過分析金屬絲陣列對寬帶信號的散射特性，首次實現(xiàn)了一種由單頻信號激勵，在單目標(biāo)以及多目標(biāo)源超分辨聚焦的亞波長

4、天線陣列，為多頻帶天線陣的超分辨聚焦特性的研究提供了重要的指導(dǎo)作用；其次，從本征模式的分析出發(fā)，結(jié)合時間反演技術(shù)，實現(xiàn)了目標(biāo)天線對寬帶信號的1/35λ的超分辨?zhèn)鬏?，建立了本征模式與亞波長天線陣列的超分辨性能之間的聯(lián)系；最后，通過參數(shù)化分析金屬絲諧振單元間距、長度以及諧振結(jié)構(gòu)分布對目標(biāo)天線的超分辨?zhèn)鬏斝阅艿挠绊?，得到了諧振長度決定目標(biāo)天線具有超分辨性能的頻帶范圍的結(jié)論，對諧振結(jié)構(gòu)的可建?？闪炕O(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。
　　第四章，主

5、要開展了基于時間反演電磁波的亞波長天線陣列的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。首先，提出了一種由不同長度的諧振單元構(gòu)成的單元間距為λ/40的二單元亞波長天線陣列，仿真及實驗測試結(jié)果表明，結(jié)合時間反演技術(shù)，該陣列單元可同時實現(xiàn)不同頻段內(nèi)信號的超分辨?zhèn)鬏?，有效的提高了傳輸系統(tǒng)對抗頻率選擇性衰落的性能；此外，在諧振結(jié)構(gòu)的本征模式的研究基礎(chǔ)上，提出了非對稱與對稱的亞波長天線陣列，仿真和實驗結(jié)果表明，分別用不同位置處的天線單元作為諧振結(jié)構(gòu)的激勵源時，可實現(xiàn)空間分集，