【摘 要】
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随着科技发展,电磁环境也日益复杂,简单的定向辐射天线功能单一,难以满足现代通讯的多样要求。电磁波束方向动态可调的天线受到了广泛关注。机械扫描天线存在着所占空间大、扫描速度慢、质量重等问题。传统的相控阵天线馈电网络比较复杂,由于T/R组件的使用,造价也相对高昂。近年来,亚波长电磁超材料广受关注,这种材料对电磁波相位有着良好的调控性能,将这亚波长电磁超材料与馈源天线相结合,能够实现对电磁波束动态调控。
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随着科技发展,电磁环境也日益复杂,简单的定向辐射天线功能单一,难以满足现代通讯的多样要求。电磁波束方向动态可调的天线受到了广泛关注。机械扫描天线存在着所占空间大、扫描速度慢、质量重等问题。传统的相控阵天线馈电网络比较复杂,由于T/R组件的使用,造价也相对高昂。近年来,亚波长电磁超材料广受关注,这种材料对电磁波相位有着良好的调控性能,将这亚波长电磁超材料与馈源天线相结合,能够实现对电磁波束动态调控。本文围绕亚波长结构相位调制材料对波束的扫描功能展开研究,重点研究了如何使双频、多波长电磁波在相同情况下获得同样的波束偏转效果。本文主要内容有以下两个部分:1.设计了基于几何相位的亚波长单元结构,实现同时对10 GHz与20 GHz两个频点的圆极化电磁波进行极化转化,添加金属圆环增加谐振、提高极化转化效率,并使两个频点的相位能够独立调控、互不干扰。利用该结构组成透射式梯度相位超表面,在梯度相位一致的情况下进一步研究了近场元引导技术对电磁波束调控的原理,并结合近场元引导技术实现无源超表面对双频电磁波束偏转角的同步动态调控,在俯仰面能实现最大48°的波束偏转,且有0.6 GHz左右的带宽。2.结合PIN二极管与变容二极管,设计了基于电路型相位的亚波长单元结构,对减小反射型有源超表面单元之间的耦合做了相应的探索,最终利用超级单元的形式,在一定程度上减小了单元之间的耦合带来的副瓣影响。在广义折反射定律的基础上,对宽带消色差的波束偏转所需要的相位分布进行了分析,结合粒子群算法从参数扫描得到的数据库中选择适当的结构参数,实现了9～11 GHz电磁波束动态偏转10°、20°、30°的效果,并且减小了色差对波束偏转角带来的影响。
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