極化特性調控超材料與雷達波陷阱設計

超材料作為一種具備反常電磁特性的亞波長人工復合材料，其靈活多樣的“組成-微結構-性能”設計為電磁波傳輸調控提供了新的研究思路，特別是對電磁波極化特性的高效調控、操控電磁波的傳輸特性提供了新的研究方法。 本項目突破電磁波傳輸-能量耗散的傳統(tǒng)研究模式，從調控電磁波極化特性角度構建類似黑體的極化陷阱結構；形成極化特性完全相異的“透射-反射”雙層雷達波陷阱。在極化特性相異的上層、下層之間“禁錮”雷達波，實現(xiàn)電磁波的不可探測性。主要研究內容有：1. 超材料結構設計與電磁波極化特性調控機理研究，通過超材料數(shù)值模擬與理論分析，認知了極化特性調控超材料結構模型設計原則；2. 電磁波極化特性調控超材料“設計-制備-測試-反饋-修正”研究，通過探索超材料與電磁波相互作用機制，獲得了超材料調控電磁波極化特性的設計方法；3. 通過對垂直入射電磁波耦合表面波設計、手征性超材料電磁波極化調控研究，構建了類表面等離子激元相位梯度超材料表面與矩陣型編碼調控超材料表面設計方法。 優(yōu)化了基于極化特性調控超材料的設計，研究了雷達波極化陷阱材料的制備方法，雷達波極化陷阱材料（材料面密度：≤ 3.0 kg/m2；適用頻帶：L、S、C、X、Ku）實現(xiàn)了各頻帶80 %波段范圍內90 %垂直極化轉換水平極化或90 %水平極化轉換垂直極化等優(yōu)良性能。該研究實現(xiàn)了完善的雷達波極化特性調控材料設計制備方法及寬頻帶雷達波陷阱，在超材料的基礎研究與應用研究中具有重要的理論價值和廣泛的應用前景。

超材料是可構建電磁波強電-磁響應的新型人工材料。超材料組成-單元微結構設計多樣性，為超材料與電磁波傳輸、極化轉換研究留下巨大可塑空間。超材料結構設計的靈活性、性能調控的有效性，特別是它的電磁波極化特性高效調控性為雷達波操控設計提供了新思路。本項目打破電磁波傳輸-能量耗散的傳統(tǒng)研究模式，從操控電磁波極化特性的角度獲得類似黑體的極化陷阱結構，進而實現(xiàn)電磁波的不可探測性。形成極化特性完全相異的“透射-反射”雙層雷達波陷阱結構，雷達波“禁錮”在極化特性不匹配的上層、下層之間。本申請擬開展雷達波極化調控超材料研究，重點突破電磁波透射、反射極化特性調控超材料設計，建立超材料的電磁波極化特性模型與數(shù)學表達；進行雷達波“陷阱”結構超材料設計、實驗反饋、修正與設計優(yōu)化，獲得雷達波極化特性調控超材料設計方法。有望促進超材料在極化天線、能量捕獲、新型光電器件、雷達波操控領域等應用基礎研究。

線極化波又有水平極化波和垂直極化波之分。電場的兩個分量沒有相位差（同相）或相位差為180度（反相）時，合成電場矢量是直線極化。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。

若電場矢量在空間描出的軌跡為一個圓，即電場矢量是圍繞傳播方向的軸線不斷地旋轉，則稱為圓極化波。

電磁波極化E極化波

平面電磁波入射波的E波沿Y方向極化，稱E極化波。也稱TE波 。

電磁波極化H極化波

平面電磁波入射波的H波沿X方向極化，稱H極化波。也稱TM波。

電磁波極化右旋極化波

一個橢圓的或圓的極化波，它的電場向量在任一正交于傳播方向的固定平面內，沿著傳播方向觀察時，隨著時間沿右手或順時針方向旋轉。

電磁波極化左旋極化波

一個橢圓的或圓的極化波，它的電場向量在任一正交于傳播方向的固定平面內，沿著傳播方向觀察時，隨著時間沿左手或逆時針方向旋轉。

電磁波極化圓極化波

圓極化波可由兩正交且具有90度相位差的分量合成產(chǎn)生，根據(jù)矢量端點旋轉方向的不同，圓極化可以是右旋的，也可以是左旋的。

具體判斷可按如下方式進行：將右手大拇指指向電磁波的傳播方向，其余四指指向電場強度E的矢端并旋轉，若與E的旋轉一致，則為右旋圓極化波；若與E的旋轉相反，則為左旋圓極化波。

（1）利用極化實現(xiàn)最佳發(fā)射和接收

無線電技術中，利用不同極化的電磁波具有不同的傳播特性，結合收發(fā)天線的極化特性，可實現(xiàn)無線電信號的最佳發(fā)射和接收。例如，中波廣播采用垂直極化波。

（2）利用極化技術提高通信容量

在通信中，為了在有限頻帶范圍內盡量提高可用信道數(shù)，增加信道容量，提高頻率利用率，減少波道間干擾，目前廣泛采用的頻率復用技術之一是在同一傳輸鏈路上，利用電波的正交極化隔離，把互相正交極化的相鄰兩條信道安排在同一頻段上，這樣使頻率利用率提高了一倍。

（3）極化在雷達目標識別、檢測和成像中的應用

雷達回波信號中除了幅度、相位信息外，還有一個重要的信息資源———極化信息，電磁波照射目標后，其極化狀態(tài)將發(fā)生改變，它與目標的形狀、結構、材料以及姿態(tài)等因素有關，還與照射到目標的極化狀態(tài)有關，因此，可以利用目標回波中的極化特征來識別目標。

（4）極化在抗干擾中的應用

通信、雷達、導航等信息電子設備常會遇到來自其他設備的干擾． 對于單一極化的干擾，一般來說，只要將接收天線的極化改變成與干擾電波極化相正交，即可在很大程度上抑制干擾。