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基于可重构超表面的多功能波前调控研究

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可重构超表面是一种通过控制可控器件以实现对电磁波灵活调控的二维人工材料结构。可重构超表面由于具有可重构性,因此可以更加灵活多变的实现对电磁信号的调控。作为一种低成本、易加工的工程化应用手段,它吸引了众多领域学者的广泛关注。本文以基于可重构超表面的多功能波前调控研究为题,从理论分析、结构设计、仿真验证等方面介绍了可重构超表面对于电磁波的多种调控功能。本文的主要工作如下: 1.设计了一种针对线极化波的宽带超表面单元,并据此设计了2424的1bit可重构超表面。超表面单元的工作带宽为 9.6-18.4 GHz,相对带宽为 63%。通过将馈源喇叭与超表面进行联合设计,实现了波束扫描、电磁近场聚焦和涡旋波束的生成三种波前调控方案。 2.提出了三种针对圆极化波的双功能波前调控方案。其中一种为锁定式的双功能波前调控方案,两种为非锁定式的双功能波前调控方案。第一种方案引入单元的几何相位响应,设计出的超表面左右旋圆极化波前调控功能锁定,第二种波前调控方案引入单元的共振相位,利用单元对于左右旋圆极化波相位响应的独立性实现了左右旋圆极化波前调控功能的解锁。第三种波前调控方案对第一种波前调控方案进行了优化。对单元的共振相位和几何相位进行联合调制,同样实现了左右旋圆极化波波前调控功能的解锁。以上三种方案,均通过仿真验证了可行性。 3.提出一种针对圆极化波的非锁定式四功能超表面设计方法并通过该方法设计了超表面进行仿真验证。通过在单元上引入可以调控的 PIN 管实现对单元共振相位响应的调控,再通过可调共振相位和几何相位联合调制的方法,论证了超表面阵列实现非锁定式四功能波前调控功能的理论可行性。最终设计了 8个超表面单元完成了非锁定式四功能超表面的组阵设计,并通过仿真验证了阵列的功能。

景嘉琪

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可重构超表面 圆极化波 线极化波 波前调控

硕士

新一代电子信息技术(含量子技术等)

徐晨

2024

深圳大学

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