用于高稳定局域电磁波产生的时间反演阵列基础理论及关键技术研究

Diffraction is one of the basic physical phenomena in propagation of electromagnetic wave, which is a primary obstacle limiting the applications of electromagnetic wave. For example, diffraction can hinder the efficiency improvement of the wireless power transferring system and also decrease the microwave/THz detecting and imaging resolution. Localized waves, a class of wave beams or pulses can propagates without diffraction, which can overcome the adverse effects of the wave diffraction. In this project, with the time reversal electromagnetics as the theoretical underprop, the basic theory and key techniques on the generation of localized electromagnetic waves will be explored. First, the vector model of the localized electromagnetic waves will be established and the reconstruction of the incident localized electromagnetic wave from the non-ideal time reversal mirror with limited aperture will be theoretically analyzed. Then, according to the analysis results, the synthetic method key techniques of the realization will be explored. Finally, the time reversal array to generate X-wave will be design and fabricated. At the same time, a prototype experimental system to demonstrate our theory and design is constructed. The research of this project can establish important theoretical and technological foundations for future developments of non-diffraction electromagnetic systems.

衍射是电磁波传播的一大基本物理现象，一直以来它就是制约人们对电磁波利用的关键障碍，如阻碍无线功率传输系统效率提升、降低微波与太赫兹探测及成像分辨率等。局域电磁波，一类可以无衍射传播的波束或脉冲，能够克服波动衍射对上述电磁系统带来的影响。本项目以时间反演电磁学为理论支撑，深入探索高效、高稳定局域电磁波产生方法及关键技术。首先，对局域电磁波进行矢量模型建模并对非理想有限孔径时间反演镜对入射局域电磁波重构效果进行理论分析。然后，根据理论分析结果，探索用于产生局域电磁波的时间反演阵列综合方法及实现的关键技术。最后，设计可用于产生X-wave的时间反演阵列并搭建实验平台完成原理性实验验证。本项目将为未来无衍射电磁系统的发展奠定了重要理论与技术基础。

衍射是电磁波传播的一大基本物理现象，一直以来它就是制约人们对电磁波利用的关键障碍，如阻碍无线功率传输系统效率提升、降低微波与太赫兹探测及成像分辨率等。.局域电磁波，一类可以无衍射传播的电磁波，能够克服波动衍射对上述电磁系统带来的影响。本项目以时间反演电磁学为理论支撑，深入探索高效、高稳定局域电磁波-贝塞尔波束产生方法及关键技术，研究在无线输能、保密通信中的应用。.在本基金的支持下，取得了如下研究成果： .1. 本项目首先提出了基于时间反演原理产生任意出射角贝塞尔波束的方法。时间反演电磁波具有回溯特性，可以完美恢复场源信息。在频域，通过对入射波的相位共轭，能够回溯入射波，实现对无衍射波束的完美重构。这种方法可以让Bessel波束的无衍射距离增加1倍。 .2. 提出了基于时间反演原理的任意出射角Bessel波束的产生方法。在此基础上，又提出了用于产生Bessel波束的电磁人工透镜的综合及设计方法。并利用该方法，设计了一款透射率不低于70%，出射角度为45度的贝塞尔波束发生电磁人工透镜，并通过仿真及实验对其进行了验证。 .3. 在时间反演机制下，探讨了利用频率分集阵列远近场的聚焦特性研究。分别对远场时变与/恒稳聚焦的反演回溯条件进行了研究。在时间反演技术的协同下，提出了实现单点远场时变聚焦、多点远场时变聚焦以及恒稳聚焦的方法。 .4. 在多径环境下，时间反演技术能够克服波动衍射。根据这个原理， 提出了时域电磁信号隐身的方法。构建了时间反演-时域隐身的原理性演示实验系统，并利用该系统进行保密通信实验。