【摘 要】
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不论是人的眼睛还是雷达,均是通过接收经物体散射后的电磁波来完成对目标物体的探测,而能够改变人们探测到的物体形状来达到隐身或伪装的虚拟赋形一直是人们追求的目标。随着
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)
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不论是人的眼睛还是雷达,均是通过接收经物体散射后的电磁波来完成对目标物体的探测,而能够改变人们探测到的物体形状来达到隐身或伪装的虚拟赋形一直是人们追求的目标。随着电磁超表面的兴起,利用电磁超表面强大的电磁波操控能力来实现科学上的虚拟赋形成为了可能。而电磁超表面对于电磁波束散射和透射的操控依赖于结构的相位调制能力,本文以实现超宽带及多频的相位调控为目标,对电磁超表面的单元结构以及相关器件进行研究。本文的主要工作如下:1.实现对散射波的任意调控以及工作带宽的提高是虚拟赋形技术的两个重要目标。在本文中,我们提出了一个利用几何相位实现散射调控的超宽带反射式超表面。该结构能够在4.9 GHz到22.8 GHz范围内实现效率超过90%的高效偏振转换。此外,我们还设计了不同的相位排布来实现不同的虚拟赋形,仿真和实验结果表明,伴随着虚拟赋形的实现该结构的后向RCS能够从5.5 GHz到22.5GHz缩减超过9 dB。而工作带宽的提高可以归功于:几何相位的无色散特性,二维色散调控以及级联双层超表面。该设计在隐身和伪装等技术方面具有潜在的应用价值,对后面相关虚拟赋形技术有一定的借鉴意义。2.实现多频相位独立调控是拓展虚拟赋形带宽的一个重要途径,本文利用“C”形开口谐振环嵌套设计实现了一个双频相位独立调控超表面单元,通过合理阵列超表面单元可以实现在两个频率处的高效虚拟赋形。在我们的设计中,不同波长对应不同极化的方法被采用来减小各频率之间的相互影响。为了验证该结构的性能,利用该结构在两个不同的频率分别产生旋向不同的涡旋光束。此外,我们设计了一个高效的双波长波束偏折器,来将不同频率的电磁波偏折到相同的角度。数值仿真结果表明,本文提出的结构可以实现高效透射的同时完成双频虚拟赋形,这为后续的相关工作提供了一种有效的方法。
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