基于全息阻抗表面的近场调控

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本文研究了用于近场调控的全息阻抗表面,以解决超表面系统剖面大的缺点,侧重点在如何利用全息阻抗表面进行近场调控,实现聚焦、涡旋波束等功能。本文主要对两个方面进行研究,一是标量全息阻抗表面的理论设计、单元数据库建立和不同功能的实现,二是张量全息阻抗表面的理论设计、单元数据库建立和不同功能的实现,这两种全息阻抗表面都能实现近场调控,但是两种方法有各自的优点和缺点,能够根据不同的需求选取不同的表面。根据不同的功能需求,本文使用了不同形式的单元结构,对于标量单元,以正方形贴片单元为例,分析了正方形贴片阻抗,分别通过了横向谐振法和本征模求解法分析得到了其贴片阻抗,通过改变正方形贴片的边长来改变其标量阻抗,建立了在17GHz时标量单元阻抗数据库,同时,研究了标量全息阻抗表面调制表面波的原理,结合了传统漏波理论和光学全息的概念,建立贝塞尔波束全息阻抗表面、一维聚焦全息阻抗表面,二维聚焦全息阻抗表面,双焦点全息阻抗表面,并分析了该标量全息阻抗表面的频率扫描性质。对于张量单元,建立了圆形缝隙单元和“十”字形单元两个单元的阻抗数据库,并对比了两种单元的性能,圆形缝隙单元尽管能够实现聚焦和涡旋波束等功能,但是,由于圆形缝隙单元只有半径和缝隙角度两个物理量,却要控制三个阻抗分量,会引入误差,且圆形缝隙单元无法对阻抗的各个分量进行单独调控,所以该单元在实现功能时的效果会比较差,而“十”字形单元完美的解决了这个问题,通过改变“十”字单元两根带条的长度分别控制二维张量的两个分量,并通过二维阻抗张量的旋转特性实现对二维张量各个分量的调控,同时,对建立张量阻抗表面的两种设计理论进行了分析,第一种设计理论会引入反厄米特矩阵阻抗分量,该反厄米特矩阵会导致表面张量阻抗不准确,导致结果不理想,而第二种方法,通过引入新的坐标系和旋转矩阵,不会产生反厄米特矩阵,效果较好,并建立了涡旋波束张量全息阻抗表面和聚焦张量全息阻抗表面。标量全息阻抗表面和张量全息阻抗表面都通过理论计算与全部电磁仿真,通过对比结果,标量全息阻抗表面和张量全息阻抗表面的效果与理论设相符,标量全息阻抗表面具有较宽的带宽和频率扫描性质,而张量全息阻抗表面能够对电场的各个极化进行调控,能够实现更加复杂的功能,但是其带宽较窄。
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