Metasurfaces en hun toepassingen in polarisatieconversie en CP-antennes

Metamaterialen (MM's) zijn kunstmatige media met speciale eigenschappen die niet in natuurlijke materialen voorkomen. Metasurfaces (MS's), als een soort tweedimensionale metamaterialen, hebben de voordelen van een laag profiel, weinig verlies, gemakkelijke fabricage en integratie in apparaten, enz. Ze hebben de afgelopen decennia een enorme aandacht gekregen in de fysica en engineering. Het proefschrift zal zich richten op MSs en hun toepassing in polarisatieconversie, low-RCS CP antennes en dual-band CP antennes design.

Voor het eerste aspect worden twee topologieën van reflecterende polarisatieomzetters voorgesteld. Het bedieningsmechanisme wordt bestudeerd en er wordt een numerieke analyse uitgevoerd. 1) Een breedbandige en zeer efficiënte polarisatie-omzetter wordt voorgesteld. De polarisatie-omzetter kan een lineair gepolariseerde (LP) invallende EM-golf (x / y-gepolariseerd) omzetten in een kruisgepolariseerde gereflecteerde golf (y / x-gepolariseerd). 2) Er wordt een drievoudige en zeer efficiënte multifunctionele polarisatie-omzetter voorgesteld. Het voorgestelde ontwerp kan een LP invallende elektromagnetische (EM) golf omzetten in een kruisgepolariseerde gereflecteerde golf in respectievelijk de eerste en derde band en een circulair gepolariseerde (CP) gereflecteerde golf in de tweede band.

Voor het tweede aspect wordt, als gevolg van de polarisatieconversie-karakteristiek van MS's, een CP-array met lage RCS en hoge versterking voorgesteld. Ten eerste wordt een op MS gebaseerd superstraat van het paddenstoeltype ontworpen en geïntegreerd met een traditionele LP-sleufantenne. Ten tweede wordt een array ontwikkeld met behulp van antennes met vier elementen en een opeenvolgend geroteerd voedingsnetwerk. Wat betreft straling heeft de array een breedband en een hoge versterking. Met betrekking tot verstrooiing bereikt de array RCS-reductie in zowel in-band als gedeeltelijk out-of-band.

Bovendien wordt een nieuwe breedbandige dambordachtige methode voor RCS-reductie voorgesteld en toegepast in CP-antennes. De techniek is gebaseerd op een MS en een geaard substraat. De breedband RCS-reductie wordt bereikt door twee verschillende destructieve interferentieprincipes te combineren. Bovendien kan de MS worden toegepast in traditionele CP-patchantennes. Het behaalt een aanzienlijke bandbreedte en winstverbetering, evenals breedband RCS-reductie.

Voor het derde aspect is de voortplanting van oppervlaktegolven van MS's geanalyseerd en toegepast in het ontwerp van CP-antennes. Een dual-band CP-antenne is ontworpen door de combinatie van een op MS gebaseerde superstraat en een traditionele CP-patchantenne.

Alle ontwerpen zijn gemaakt en opgemeten. De metingen en simulaties komen goed overeen.