【摘 要】
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为适应伴随科技进步而日趋复杂的电磁环境,无线通信系统在朝着多频段、多功能的方向发展。人工电磁材料通常被应用在无线通信系统中,为了满足无线通信系统的需求,其正朝着在一种单元结构中集成多种功能的方向发展,其中最受关注的两个方向是可重构和多频人工电磁材料的研究。可重构人工电磁材料可以将多种功能集成在一种单元中,在不同的状态实现不同的功能,但目前仍存在偏置电路设计复杂、工作带宽窄和调谐带宽窄等问题。频率选
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为适应伴随科技进步而日趋复杂的电磁环境,无线通信系统在朝着多频段、多功能的方向发展。人工电磁材料通常被应用在无线通信系统中,为了满足无线通信系统的需求,其正朝着在一种单元结构中集成多种功能的方向发展,其中最受关注的两个方向是可重构和多频人工电磁材料的研究。可重构人工电磁材料可以将多种功能集成在一种单元中,在不同的状态实现不同的功能,但目前仍存在偏置电路设计复杂、工作带宽窄和调谐带宽窄等问题。频率选择吸波体作为多频人工电磁材料的一种,在工作频段内可以实现吸波和透波两种特性,但是存在极化敏感、通带个数少以及无法实现通带内RCS减缩的问题。本文研究重点分为两部分,第一部分是对可重构人工电磁材料进行研究,分别设计了可重构极化转换表面和透波窗口可重构频率选择表面,第二部分是对频率选择吸波体进行研究,设计了一种双极化双通带频率选择吸波体,并将其与双频微带阵列天线进行集成设计,实现了双频微带阵列天线的辐射/散射一体化设计。本文的具体内容如下:1.针对可重构极化转换表面工作带宽窄以及偏置电路设计复杂的问题,采用将PIN二极管集成在多谐振单元中和将偏置电路与单元结构同层平行设计的方式进行了可重构极化转换表面的设计。通过控制PIN二极管的工作状态,可以实现线极化入射波到线（圆）极化反射波的切换。当PIN二极管处于导通状态时,该结构反射波为圆极化波,工作频段为4.4-7 GHz;当PIN二极管处于截止状态时,可以在3.09-7.19GHz的宽频带内反射线极化波。最后,将其棋盘型排布于天线周围,在不影响天线辐射性能的前提下,实现了单站RCS减缩。2.针对通带可重构频率选择表面工作带宽窄以及调谐范围窄的问题,采用将变容二极管集成在频率选择表面中以及多层级联的方式进行了通带可重构频率选择表面的设计。当改变变容二极管的容值时,可重构频率选择表面的通带工作频段可以在5.32-8.34 GHz、5.73-9.21 GHz、6.09-9.75 GHz、6.26-10.42 GHz和6.69-11.53 GHz上进行切换,每个通带内插损均大于-0.8 d B,相对带宽大于40%,并且当电磁波以0°到30°斜入射时,其具有良好的角度稳定性。3.针对频率选择吸波体通带个数少和极化敏感的问题,通过对多谐振单元进行对称设计的方法设计了一种双极化双通带频率选择吸波体。首先,本文设计了金属方环与交指结构相结合的上层结构,然后,将下层结构设计为两个嵌套的金属方环缝隙,两个通带频率为6.8 GHz和10 GHz,插入损耗分别为0.1 d B和0.19 d B。通过在上层结构中集成电阻实现了其吸波特性,|S11|≤-10 d B的频段范围为4.02-14.38 GHz。最后将频率选择吸波体以及人工磁导体与双频微带阵列天线进行集成设计,最终在3-15 GHz频带范围内实现了RCS减缩,平均RCS减缩量为10.07 d B;同时天线的辐射性能良好,在6.8 GHz处的最大辐射增益为10.34 d Bi,在10 GHz处的最大辐射增益为12.88 d Bi。
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