基于时间反演的电磁波传播控制算法研究

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随着无线技术的发展,电磁波在生活中的应用与日俱增,除了无线通信、远程遥感、目标追踪等传统应用外,近年来在医疗、工农业以及一些基础学科领域学中也获得了应用,而这些都与电磁波传播控制密切相关。电磁波传播控制一直都是电磁学领域中备受关注的研究课题,其中,如何有效的进行电磁波空间场控制以达到预期的应用目的成了一个关键性的问题。电磁波传播控制方法主要包括:天线及天线阵列技术、超材料技术、时间反演技术。天线及天线阵列技术只能实现对远场方向图的控制,而且要解决特定的空间场控制问题,需要天线阵列技术繁琐的优化过程;超材料技术受限于工作原理,只能实现对窄带电磁波的传播控制,而且结构设计不灵活,不具备普适性;而时间反演技术借助时间反演电磁波的空时聚焦特性和自适应传输能力,可以简单地实现对宽带电磁波空间场的控制。因此,本论文将基于时间反演技术,研究电磁波空间场的控制算法,主要内容包括三部分:首先,通过对电磁场惟一性定理和时间反演电磁波空时聚焦特性的理论分析,介绍了一种宽带电磁波空间场的控制方法。其次,基于上述原理,提出了一种基于格林函数的电磁波空间场分布控制算法,利用该算法对单点聚焦场的影响因素进行了分析,进一步通过仿真实现了线状近似均匀分布的聚焦场控制。最后,在时间反演技术基础上,提出了一种电磁波聚焦场的聚焦点运动控制算法,通过数值仿真分别在自由空间和半封闭金属腔中验证了该算法的有效性,同时,通过仿真结果分析了该方法的准确性,进一步通过后者的实验验证了该算法的可实现性。
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