基于超材料電磁波調(diào)控的應(yīng)用研究.pdf

1、超材料由于其獨(dú)特的電磁性質(zhì)，在吸波材料、天線技術(shù)、微波和毫米波器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。與常規(guī)材料相比，超材料的電磁響應(yīng)特性主要由構(gòu)成其的單元微結(jié)構(gòu)決定，其具體的幾何形狀、尺寸、排列方式、嵌入物等均可根據(jù)需要靈活調(diào)整。使用超材料調(diào)控電磁波的傳輸具有極大的自由度而且結(jié)構(gòu)緊湊便于集成。近年來利用超材料實(shí)現(xiàn)對電磁波的調(diào)控領(lǐng)域方興未艾，其間涌現(xiàn)出了許多針對各類應(yīng)用的電磁波調(diào)控功能器件，該領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展為經(jīng)典電磁理論開辟了嶄新的研究空間。本文

2、即在此背景下展開研究。
　　本文從人工亞波長單元結(jié)構(gòu)對電磁波調(diào)控的應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計(jì)了一款 e型結(jié)構(gòu)的手性圓極化轉(zhuǎn)換器，一款線極化電磁波非對稱性傳輸器件。論文的具體內(nèi)容如下：
　　1.基于手性超材料結(jié)構(gòu)的特性，設(shè)計(jì)了一款基于 e型結(jié)構(gòu)的手性圓極化轉(zhuǎn)換器。該結(jié)構(gòu)是由上下兩層互呈對應(yīng)異構(gòu)體的e型金屬環(huán)加上支撐的介質(zhì)基板組成，尺寸緊湊(λ/5.15×λ/5.15×λ/32.19)。該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)將入射的y方向線極化電磁波在11.65

3、GHz和13.02 GHz處分別轉(zhuǎn)換為左旋圓極化波和右旋圓極化波且對應(yīng)的極化消光比可以達(dá)到30 dB。在12.57 GHz處對應(yīng)的旋光角θ為-39.67°，旋光度可達(dá)1183°/λ。通過反演算法計(jì)算了結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)ε、磁導(dǎo)率μ、負(fù)折射率n和手性參數(shù)κ，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的手性特征。而且為了探究造成其強(qiáng)光學(xué)活性的原因，分析了該結(jié)構(gòu)表面的電流分布情況。最后討論了改變相關(guān)幾何參數(shù)對傳輸譜線的影響。
　　2.基于Fabry-Pérot

4、原理設(shè)計(jì)了一種三層超表面單元結(jié)構(gòu)的非對稱性傳輸器件。分別從理論和實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)能夠在10 GHz到30 GHz頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電磁波的非對稱性傳輸，通帶內(nèi)曲線平坦傳輸系數(shù)均大于0.7，帶外曲線截止明顯。而且對結(jié)構(gòu)幾何尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，無論是沿波傳輸方向，還是橫截面各個(gè)方向結(jié)構(gòu)都非常緊湊(λ/4.13×λ/4.13×λ/9.4)。先后研究了單層B型結(jié)構(gòu)、雙層BC結(jié)構(gòu)、三層ABC結(jié)構(gòu)情形下，不同極化方向的電磁波入射到三類結(jié)構(gòu)上時(shí)的傳輸情況。