近場聚焦綜合技術(shù)與寬帶非色散反射相位調(diào)節(jié)器以及大口徑CTS天線研究.pdf

1、論文結(jié)合科研項目進行選題研究。主要研究內(nèi)容為三個部分，第一部分為近場聚焦與綜合技術(shù)研究，首次提出了一種磁場聚焦技術(shù)和工作于近場的亞波長環(huán)陣列;第二部分為寬帶非色散反射相位調(diào)節(jié)器:在人工磁導(dǎo)體(AMC, ArtificialMagnetic Conductor)中進行non-Foster電路加載，解決了傳統(tǒng)無源AMC所存在的帶寬窄和強色散特性問題;第三部分為寬頻帶大口徑CTS(Continuous TransverseAntenna)天線

2、研究，仿真設(shè)計了寬頻帶大口徑平面波饋電，解決了寬頻帶大口徑CTS天線的設(shè)計問題。文中科研工作的具體內(nèi)容可概述為:
　　1.近場聚焦與綜合技術(shù)研究
　　(1)首次提出了磁窗的設(shè)計與實驗驗證方法
　　針對于磁場的近場聚焦問題，文中首次提出了一種磁窗的設(shè)計與實驗驗證，這種磁窗可以將與之垂直照射的磁場聚焦成256個可編程的磁場點。在文中，我們首先提出了一種適應(yīng)于近場聚焦的理論，并由該理論推導(dǎo)出適用于磁場聚焦的設(shè)計方法。隨后，加

3、工并且測試了一個16層、總厚度為2.1mm的磁窗，其總共包含8層聚焦單元，每一層有32個開口環(huán)和優(yōu)化的導(dǎo)波線作為聚焦之用。基于NI(NationalInstruments)公司推出的Labview軟件，設(shè)計了相應(yīng)的近場測試系統(tǒng)，測試結(jié)果與仿真結(jié)果相互吻合，并且，通過測試磁窗在時域的響應(yīng)表明了可以工作于脈沖激勵下。該磁窗能夠?qū)⒋艌隹删幊痰鼐劢褂邳c狀，可以被應(yīng)用于生物醫(yī)療、近場成像、數(shù)據(jù)存儲和電磁繼電器研究等領(lǐng)域。
　　(2)近場區(qū)域

4、的亞波長電小環(huán)陣列的綜合與實現(xiàn)方法
　　不同于在天線遠場區(qū)，電場和磁場在輻射體的近場區(qū)域有著更復(fù)雜的關(guān)系，借用超增益電小天線陣的概念，我們首次提出了一種適用于近場電場或磁場分布綜合的理論及其實驗驗證方法，通過該理論可以控制凋零磁場的分布，從而在近場區(qū)域得到一個精確可控的電場分布圖。文中提出了一個二維近場分布綜合理論，基于全波電磁仿真的結(jié)果表明所提出的方法可以得到聚焦的極化可控的電場分布，隨后，對其實現(xiàn)方法也進行了討論。根據(jù)所提出的

5、理論，設(shè)計了一個48單元三層結(jié)構(gòu)的亞波長電小環(huán)陣列。采用NI公司的Labview軟件編程實現(xiàn)48路可調(diào)信號源，同時在前面設(shè)計的近場聚焦測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改進出適用于此結(jié)構(gòu)的測試系統(tǒng)，測試結(jié)果與仿真和分析結(jié)果的高度一致表明了所提出理論的正確性。該近場綜合理論可以應(yīng)用于類似的近場綜合問題，并且所設(shè)計的亞波長電小環(huán)陣列可以被應(yīng)用于神經(jīng)激勵或者非接觸充電系統(tǒng)中。
　　2.寬帶非色散反射相位調(diào)節(jié)器
　　基于負(fù)電容和負(fù)電感同時加載的人工

6、磁導(dǎo)體(AMC，Artifical MagneticConductor)，我們提出了一種寬帶無色散反射相位調(diào)節(jié)器。其中負(fù)電容和負(fù)電感通過non-Foster電路實現(xiàn)，AMC結(jié)構(gòu)基于傳統(tǒng)高阻抗表面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。首先通過對理想non-Foster電路和傳統(tǒng)無源AMC結(jié)構(gòu)進行分析，表明該方法的合理性和系統(tǒng)是穩(wěn)定可調(diào)的，最后，基于高精度、可擴展的測試模型，我們設(shè)計了滿足要求的non-Foster電路，并且與帶有損耗的AMC結(jié)構(gòu)進行了聯(lián)合仿真。數(shù)值分

7、析結(jié)果驗證了理論分析結(jié)果，在450 MHz-600 MHz的頻帶內(nèi)，所提出的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出近乎理想的反射相位，反射角度可以進一步通過改變加載的電感值從30 nH到50 nH進行±90°之間的調(diào)節(jié)。
　　3.寬帶大口徑CTS天線設(shè)計
　　設(shè)計了高效率高極化率寬帶大口徑CTS天線。研究了CTS天線的寬帶工作原理和饋電系統(tǒng)，文中對采用pillbox和加脊喇叭天線相結(jié)合的饋電方式與采用HalfMaxwell魚眼透鏡饋電方式對于CTS天線