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表面等离子体激元(SPPs)是一种紧密束缚在金属表面的电磁波模式,具有亚波长特性,能用于制作高密度、小型化的表面等离子体器件。在低频段通过亚波长周期结构可以实现类似表面等离子体激元的表面电磁波模式,这种模式被称为人工表面等离激元(spoof Surface Plasmon Polaritons, S SPPs) 。与光波段SPPs类似,SSPPs对电磁能量同样具有很强的束缚能力,并且在低频段传输性能优异,研究人员已经实现了传统导波模式与SSPPs之间的高效转换,基于SSPPs的有源和无源器件也相继见于报道,为其在电路中的应用奠定了基础。然而,由于SSPPs对场的高度局域特性,一般情况下SSPPs只能在结构表面进行传输,不会产生空间辐射。因此,本文对人工表面等离激元的辐射调控进行了研究,将正弦调制阻抗表面辐射理论与人工表面等离激元相结合,利用周期调制的人工表面等离激元传输线实现了SSPPs辐射,并在此基础上完成了对人工表面等离激元辐射的有效调控。主要研究内容和贡献概括如下：1. 在正弦调制阻抗表面辐射理论的基础上推导了适用于人工表面等离激元传输线的波数调制方法,设计了周期调制人工表面等离激元辐射器件,将沿着传输线传播的人工表面等离激元转化为朝着指定方向辐射的自由空间波,实现了人工表面等离激元与自由空间波相互转换的调控。2. 为了克服传统漏波天线中存在的Open-Stopband效应,采用反射相消方法设计了非对称人工表面等离激元天线,提高了其在法向(Broadside)方向的辐射效率。同时,通过优化人工表面等离激元波导的几何尺寸增强了其在半空间区域内的定向性,缩减了其后向辐射。3. 完成了人工表面等离激元天线波束设计及天线阵列的研究。在波束设计方面：利用渐变的调制深度实现了天线表面电流锥削分布,有效降低了天线的副瓣电平；将正弦调制阻抗表面辐射理论推广到多个调制项的情况,采用多项复合调制实现多个定向波束。同时,分析了一维人工表面等离激元天线阵列在波束二维扫描方面的应用可能,并设计了基于人工表面等离激元的高增益一维天线阵列。