时间反演电磁波在复杂媒介中的传播特性及其应用研究

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鉴于时间反演电磁学在超宽带电磁波通信、雷达探测与成像等领域中具有广阔的应用前景，因此，基于时间反演电磁波的超分辨聚焦特性的研究受到广泛关注。为满足无线通信系统在大容量、高速率、小型化等方面日益增长的需求，在受限空间内实现信道独立的多天线系统显得极其重要，而用于实现时间反演超分辨的特殊媒介的设计是电磁波的超分辨传输技术的关键。本论文以介质媒介与金属媒介作为研究对象，对时间反演电磁波的传播特性进行了深入研究。利用不同材质的圆柱散射体构建二维以及三维的亚波长阵列结构，研究了其对目标源的散射特性的影响。综合分析结果，提出了三种亚波长天线阵列，实现了时间反演电磁波的超分辨传输，旨在为基于时间反演技术的多天线系统的设计提供指导作用，本论文的主要研究内容概括如下：
　　第一章，介绍了时间反演技术的研究背景和意义，简单阐述了近年来时间反演聚焦理论的发展，回顾了超分辨成像技术的研究现状以及各类亚波长天线阵列的研究进展。
　　第二章，深入研究了时间反演电磁波在二维媒介中的传播特性。利用介质圆柱散射体构建二维媒介，结合时间反演技术，理论分析和数值验证给出了在介质圆柱散射体构建的周期结构中，时间反演聚焦成像可以实现的分辨率极限值，该工作丰富了基于介质媒介的时间反演成像的理论，为用于高分辨成像的介质媒介结构的设计提供了理论指导。
　　第三章，主要对时间反演电磁波在金属媒介中的传播特性展开了研究。首先，通过分析金属丝阵列对宽带信号的散射特性，首次实现了一种由单频信号激励，在单目标以及多目标源超分辨聚焦的亚波长天线阵列，为多频带天线阵的超分辨聚焦特性的研究提供了重要的指导作用；其次，从本征模式的分析出发，结合时间反演技术，实现了目标天线对宽带信号的1/35λ的超分辨传输，建立了本征模式与亚波长天线阵列的超分辨性能之间的联系；最后，通过参数化分析金属丝谐振单元间距、长度以及谐振结构分布对目标天线的超分辨传输性能的影响，得到了谐振长度决定目标天线具有超分辨性能的频带范围的结论，对谐振结构的可建模可量化设计具有重要的指导意义。
　　第四章，主要开展了基于时间反演电磁波的亚波长天线阵列的应用基础研究。首先，提出了一种由不同长度的谐振单元构成的单元间距为λ/40的二单元亚波长天线阵列，仿真及实验测试结果表明，结合时间反演技术，该阵列单元可同时实现不同频段内信号的超分辨传输，有效的提高了传输系统对抗频率选择性衰落的性能；此外，在谐振结构的本征模式的研究基础上，提出了非对称与对称的亚波长天线阵列，仿真和实验结果表明，分别用不同位置处的天线单元作为谐振结构的激励源时，可实现空间分集，结合时间反演技术，在各天线单元处实现了宽带电磁波信号的1/40λ的超分辨传输，同时增强了干扰源抑制能力。亚波长天线阵列的应用研究对端口密集分布的多输入多输出通信系统的实现具有重要意义。
　　第五章归纳总结了本论文的主要工作，对时间反演技术以及亚波长天线阵列的下一步的研究应用方向进行了展望。

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作者
屠惠琳;
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作者单位

电子科技大学;

展开▼
授予单位电子科技大学;
学科无线电物理
授予学位博士
导师姓名肖绍球;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类电磁波传播理论;
关键词
时间反演电磁学; 超分辨聚焦; 复杂媒介; 谐振结构; 亚波长天线阵列;

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