基于K-means聚类的相控阵任意形状波束子阵综合方法

传统相控阵由于设计复杂性和成本过高,已经不能满足日益增长的应用需求,子阵划分等技术较好地解决了这个问题。本文提出一种任意形状波束相控阵子阵综合方法,在激励匹配策略下,将子阵综合问题转化为一个子阵布局优化问题,而子阵的复激励可解析地从参考阵列激励计算得到。利用一种无监督聚类K-means方法对子阵布局优化问题进行求解,该方法能同时对子阵的激励幅相进行优化,增加了子阵综合的自由度和灵活性。在任意形状波束子阵综合数值算例中,通过与传统智能优化方法在方向图逼近、激励匹配代价函数、阵列性能参数及计算效率等方面的比较,验证了所提方法的有效性。

基于等效电路的反射型双波段线-圆极化转换器快速设计方法

针对卫星通信高频段、高效率以及极化方式的应用需求,本文设计了一种反射型双波段线-圆极化转换器,基于传输线理论建立等效电路模型,并引入调节因子对极化转换器的几何参数进行数值修正,使模型具有较高的准确性。在此基础上采用粒子群优化(particle swarm optimizer,PSO)方法,设计了一种可以在K/Ka波段卫星通信中实现双频段、双极化转换功能的反射型极化转换器。经过数值与仿真分析得出,该极化转换器可以在发送信道(19.2~21.2 GHz)实现左旋圆极化(left-hand circularly polarization,LHCP),在接收信道(29.2~30.8GHz)实现右旋圆极化(right-hand circularly polarization,RHCP),并且可以在最大入射角范围∆θ=45°(θ_(min)=0°,θ_(max)=45°)内使轴比(axial ratio,AR)低于3 dB。与CST全波电磁仿真技术及高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型相比,该文提出的等效电路模型大大降低了时间成本,显著提高了极化转换器的设计效率。

基于类电磁诱导透明超材料的可调谐慢光器件

提出并设计了一款能够调控类电磁诱导透明现象的超材料,其单元结构由矩形开缝谐振环和加载变容二极管的开缝金属线组成。当调节变容二极管的电容值时,类电磁诱导透明现象中谐振峰频率会随着电容值的减少往低频方向移动,且对应的幅度值逐渐降低;当电容值降至0.79 pF时,类电磁诱导透明现象消失。通过表面电流分布、双谐振子模型和等效电路模型对其物理特性进行了分析。结合仿真和实验结果证明了该超材料可调谐功能的有效性。通过计算该超材料在不同电容值下的群时延表明其具有良好的慢光效应,因此在设计可调谐的慢光器件中具有潜在应用价值。

基于环偶极子超材料的太赫兹波段高灵敏度传感器设计

本文利用一对镜像对称开口谐振环实现了太赫兹波段的环偶极子超材料设计。通过垂直入射电磁波激励,该亚波长结构在2.75 THz处产生高Q值透射谷。近场分析表明,谐振环中反向流动的电流可产生一对首尾相接的磁偶极子,从而实现涡旋状磁场的环偶极子。各多极子远场散射能量计算结果进一步证明迅速增强的环偶极子是产生该高Q值透射谷的主要因素。该环偶极子超材料可用于折射率传感器的设计,其灵敏度可达114 GHz/RIU,可用于探测周围环境微小参数的变化。该设计对基于环偶极子超材料的太赫兹波段生物和化学分子的高灵敏度传感器设计提供了新的思路。

基于平面环偶极子超材料的Fano共振

利用环偶极子超材料的奇异特性实现了高Q值Fano共振的设计。该亚波长结构是通过两个不对称开口谐振环实现的,在9.1GHz处实现了高Q值Fano共振。通过对超材料传输特性、结构表面电流、涡旋磁场以及各多极子的远场散射能量分析可知,所设计的Fano共振是由结构内迅速增加的环偶极子产生的。分析了在垂直入射电磁波的不同极化角下,Fano共振与多极子散射能量的变化关系。所设计的平面环偶极子超材料Fano共振在微波段、太赫兹甚至光波段具有潜在的应用价值.如超高灵敏度传感器.光开关等。