基於人工電磁媒質的電磁波單向傳播研究

《基於人工電磁媒質的電磁波單向傳播研究》是依託南京大學，由馮一軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於人工電磁媒質的電磁波單向傳播研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馮一軍
• 依託單位：南京大學

項目摘要

對電磁波傳播的有效控制是當前電子信息技術發展的關鍵技術之一，控制電磁波單向或非互易傳播在電磁波隔離器、環形器、天線系統、雷達罩、電磁禁止和電磁兼容等方面起著重要作用，但目前還主要依賴於鐵氧體等磁性材料所具備的旋磁效應，通過外加磁場作用來實現。本項目旨在運用人工電磁媒質這一電子、材料、信息技術研究領域的新概念，開展有效控制電磁波單向傳播的基礎研究和套用探索。項目圍繞如何設計和最佳化人工電磁媒質結構，構造人工手征介質和人工旋磁介質，實現電磁波傳播中的極化轉換和極化旋轉，達到對極化電磁波的非對稱或單向傳播的有效控制，實現新型電磁波單向傳播原型功能器件，並探索其在電磁波傳播控制上的套用。這類電磁波單向傳播控制和相關原型器件將不依賴於鐵氧體等磁性材料和外加磁場作用，設計上靈活、可控，頻譜回響可縮放，還具有體積小、重量輕、便於集成和構成材料選擇多樣性等優點，有明顯的潛在套用價值。

結題摘要

本項目旨在運用人工電磁媒質這一電子、材料、信息技術研究領域的新概念，開展有效控制電磁波單向傳播的基礎研究和套用探索。項目圍繞如何設計和最佳化人工電磁媒質結構，構造人工手征介質和人工旋磁介質，實現電磁波傳播中的極化轉換和極化旋轉，達到對極化電磁波的非對稱或單向傳播的有效控制，實現新型電磁波單向傳播原型功能器件，並探索其在電磁波傳播控制上的套用。 通過本項目四年的研究，我們首先深入分析了人工手征介質的電磁波傳播理論，確定了實現電磁波強非對稱傳播對手征介質手征性、幾何結構的特定要求和手征人工介質結構單元的設計方法；其次在理論基礎上最佳化設計了人工手征介質結構，採用平面電路工藝研製了微波段手征介質，對傳輸性質、極化轉換和非對稱傳播性能進行了實驗測量和表征，實現了對線極化電磁波非對稱傳播的最大化（傳輸係數正向90%，反向10%）；我們進一步採用複合人工介質的方法設計研製了具有極化選擇性的電磁波單向吸收人工電磁媒質，可實現不同線極化電磁波沿正反兩個方向單向吸收。這類電磁波單向吸收的性質在電磁波調控、雷達罩、電磁兼容、隱身等方面都有潛在套用價值。我們還開展了電磁波單向傳播的動態調控研究，提出了有源手征人工電磁媒質的概念，實現了人工電磁媒質在手征性和非手征性之間的切換，可對電磁波的傳播實現連續的極化轉換調節。設計了微波頻段人工電磁結構，獲得了線極化電磁波非對稱傳播的動態調節，非對稱傳輸率可從0到70%連續調節。這種電磁波單向傳播的動態調節性質在電磁波調控、極化調節、可調波片，電磁兼容等方面都有很好的套用價值。我們還開展了人工旋磁介質的傳播理論分析，確定了在載入半導體定向元件的作用下形成的行波諧振、單向旋轉電磁場與電磁波極化旋轉和非互易傳播的關係。 項目在Adv. Mater., Opt. Exp., Sci. Rep.等國際重要刊物上發表學術論文25篇，在國際會議上發表論文24篇，申請專利4項。 培養研究生10餘名。