【摘 要】
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随着无线通信的快速发展,天线的近场特性得到了广泛关注。在某些应用场合,需要将能量聚焦在天线的近场区域,这就需要用到聚集天线。在焦点具有能量聚集的聚焦天线不仅可以用于实现能量传输和提高工业检测的能力,还能应用于RFID系统和近场传感成像等方面,在下一代光刻技术中也有潜在的应用前景。传统的聚焦系统多是通过透镜或抛物线形反射器进行聚焦,其体积大且加工难度大。电磁超表面由于其可对电磁波进行灵活调控等优势,
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随着无线通信的快速发展,天线的近场特性得到了广泛关注。在某些应用场合,需要将能量聚焦在天线的近场区域,这就需要用到聚集天线。在焦点具有能量聚集的聚焦天线不仅可以用于实现能量传输和提高工业检测的能力,还能应用于RFID系统和近场传感成像等方面,在下一代光刻技术中也有潜在的应用前景。传统的聚焦系统多是通过透镜或抛物线形反射器进行聚焦,其体积大且加工难度大。电磁超表面由于其可对电磁波进行灵活调控等优势,成为实现聚焦电磁波的新方式。透射型聚焦超表面多使用四层及以上金属结构实现对电磁波的调控,目前远场聚焦波束有较多研究成果,但近场聚焦的研究成果不多,同时具备远近场聚焦的多功能聚焦超表面研究成果更少。本论文研究较少金属层数结构同时具有多焦点特性的多功能聚焦超表面,并设计了3种超表面天线。本文主要工作和创新点如下:(1)设计了双极化透射型聚焦超表面天线。首先设计出三层金属结构的双极化单元作为相位调控单元,实现较大的相移范围。同时,该单元两个极化之间互不干扰。其次对超表面进行设计和仿真,对不同的单元进行不同的相位补偿实现不同的聚焦位置。对超表面不同极化下的响应进行不同的焦点设置,结果表明,在不重新设计的情况下,仅通过改变入射波的极化方向即可实现焦点位置的改变。对比可知,所设计的透射型聚焦超表面具有双极化、高效率、金属层数少等优点。(2)设计了双频多功能反射透射型超表面天线。首先对双频单元进行设计,该单元在16GHz且y极化入射波下可实现360°的反射相移,在13GHz且x极化入射波下实现330°的透射相移。单元在不同极化和频率下独立可调。其次设计了两款超表面,仿真得到,在反射下可分别得到增益为22.8d B的单波束或增益为16.4d B的四波束天线,在透射下实现高效率的聚焦。最后对其中一款进行测试,结果表明设计的超表面使用较少的金属层数实现了对反射透射模式的控制,同时拥有双极化双频段工作能力。(3)设计了基于单层介质的双极化透射型聚焦超表面天线。首先设计了单层介质单元结构,实现360°的透射相移和较高的透射幅度,还实现了双极化特性。其次对单个极化实现单焦点和单个极化实现多焦点进行了设计。仿真结果表明,所设计的单层超表面在一个极化入射波下实现了多焦点特性。同时其还具有双极化等优点。
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