時(shí)間反演系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案及其關(guān)鍵器件研究.pdf

1、時(shí)間反演技術(shù)具有時(shí)空同步聚焦特性，自2004年被引入電磁學(xué)領(lǐng)域后受到研究學(xué)者們的廣泛關(guān)注，并在超寬帶電磁波通信、雷達(dá)探測、成像等領(lǐng)域中得以理論應(yīng)用。微波時(shí)間反演電磁信號(hào)的難以獲取是阻礙時(shí)間反演系統(tǒng)走向?qū)嶋H應(yīng)用的主要因素，本學(xué)位論文以時(shí)間反演系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案及其關(guān)鍵器件為研究課題，主要研究內(nèi)容如下：
　　第一部分主要對(duì)基于模擬信號(hào)處理技術(shù)的時(shí)間反演鏡實(shí)現(xiàn)方案展開了研究。首先，利用啁啾色散延遲線，提出基于傅里葉變換理論和改進(jìn)的時(shí)間透鏡系統(tǒng)

2、兩種時(shí)間反演波形變換系統(tǒng)方案，并分別進(jìn)行了理論分析、數(shù)值計(jì)算和協(xié)同仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)。相較于傳統(tǒng)的基于啁啾色散延遲線的時(shí)間反演波形變換系統(tǒng)，本文提出的兩種方案具有更高的時(shí)隙-帶寬乘積，系統(tǒng)能夠處理的輸入信號(hào)的時(shí)間更長、帶寬更寬，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，為實(shí)物實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)時(shí)間反演系統(tǒng)提供了理論和數(shù)值基礎(chǔ)。其次，利用瞬變媒質(zhì)和瞬時(shí)耦合技術(shù)，本文還介紹了兩種基于瞬變系統(tǒng)的時(shí)間反演波形變換系統(tǒng)方案，并通過理論分析和數(shù)值計(jì)算分別驗(yàn)證了方案可行性。文中還著重分

3、析了利用瞬時(shí)耦合/抓拍的概念來獲取時(shí)間反演電磁信號(hào)的方法，利用數(shù)值軟件MATLAB和ADS驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)方案的可操作性，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)置。本文提出的四種方案為實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)時(shí)時(shí)間反演鏡提供了極具參考價(jià)值的研究成果。
　　第二部分主要對(duì)基于啁啾色散延遲線的波形變換系統(tǒng)進(jìn)行了拓展研究。以寬頻帶、小型化、低損耗為目標(biāo)，首先分析了系統(tǒng)核心器件——啁啾色散延遲線的設(shè)計(jì)方案，并分別介紹了基于特征阻抗調(diào)制理論、復(fù)合左右手傳輸線（CRLH）理論

4、以及微帶色散特性的設(shè)計(jì)方法，得到了多個(gè)滿足要求的色散延遲線結(jié)構(gòu)，并在文中的多個(gè)系統(tǒng)中得以應(yīng)用。此外，基于線性色散延遲線和波形變換系統(tǒng)，首次在微波頻段提出了可用于保密通信的時(shí)域匿跡/解密系統(tǒng)，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算以及結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)的啁啾色散延遲線的實(shí)驗(yàn)分析對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。相比于傳統(tǒng)的保密通信系統(tǒng)，由于還需對(duì)單純解密后的信號(hào)再進(jìn)行一次時(shí)間反演操作，因此該系統(tǒng)對(duì)隱匿的時(shí)域事件有著雙重保護(hù)的作用，在通信過程中更加安全可靠，有著重要的研究意義

5、和價(jià)值。最后，在時(shí)域匿跡系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于時(shí)間反演的信息隱藏式無線傳輸方法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此方案可利用色散延遲線完成對(duì)加載信息的隱匿和解密，且系統(tǒng)并不要求其中的色散結(jié)構(gòu)提供線性群時(shí)延響應(yīng)。因此該方案能夠簡化時(shí)域匿跡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，避免線性調(diào)制系統(tǒng)中的易探測、易破解、易分析的缺陷，進(jìn)而增強(qiáng)保密通信的安全可靠性。
　　第三部分主要對(duì)基于時(shí)間反演技術(shù)的超分辨率聚焦和成像探測展開了研究。首先利用一種能為凋落波提供傳播渠道的規(guī)則

6、排列的金屬絲陣列，通過改變時(shí)間反演鏡的信號(hào)激勵(lì)方式或金屬絲陣列的擺放方式，證實(shí)了在時(shí)間反演技術(shù)的支持下，不僅能在原地實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)天線發(fā)射的源信號(hào)的提取并突破衍射極限成像。還能在異于目標(biāo)天線的位置實(shí)現(xiàn)超分辨率成像，最佳聚焦效果達(dá)到了λ/14。這種成像結(jié)構(gòu)對(duì)異地恢復(fù)和提取源信號(hào)、遠(yuǎn)場超分辨率成像以及無損探測都有著重要的研究意義。此外，通過在時(shí)間反演鏡天線陣列后引入色散饋電網(wǎng)絡(luò)，本論文提出了一種新型的增強(qiáng)時(shí)間反演探測成像效果的方法，并分別在低介