矩形开口环-贴片结构超表面极化转换器特性研究

为了在宽频带内实现对线极化波的高效交叉极化转换,提出了一种基于矩形开口环-贴片结构的超表面极化转换器。首先,将超表面经典的矩形开口环和贴片两种单一金属图案优化组合获得超表面极化转换器,并仿真获得其极化转换率;然后通过理论推导和表面电流分析阐述了极化转换的物理机理;最后研究了超表面极化转换器对入射角度的依赖性。结果表明,该超表面极化转换器的极化转换率超过了90%,相对带宽达到81.3%;而转换器表面电流形成的电磁谐振是产生极化转换的主要原因,且该极化转换器在0°～30°入射角范围内仍有较好的性能。     

双频带柔性极化转换超表面的仿真研究

针对刚性介质基板材料难以弯曲共形以及宽带宽、高极化转换效率(polarization conversion ratio,PCR)和小型化极化转换器的应用需求,本文提出一种双宽频带、高PCR的柔性极化转换超表面。所设计的超表面由金属图案层、柔性介质层和金属接地板组成。仿真结果表明,该超表面在8.52—13.35 GHz和15.12—19.54 GHz频带内将线极化波极化方向旋转90°,PCR分别为96.50%和98.43%,相对带宽分别为44.21%和25.51%。通过改变柔性介质层厚度调控双频带极化转换性能。对谐振频率处的表面电流进行仿真,分析了双频带和高PCR的机理。此外,研究该超表面的PCR对入射角和极化方式的依赖性,结果表明该超表面在0—30°入射角内具有较好的双频带极化转换性能,且具有极化不敏感性。所提出的双频带柔性极化转换超表面在电磁波极化调控应用中拥有巨大潜力。     

基于超构表面的高效宽带交叉极化转换器设计

基于近年来利用超构表面在调控电磁波极化状态方面的热度,应用超构表面设计了一种适用于微波频段的新型极化转换器,可以在比较宽的带宽内,将入射的线极化波高效地转换为其交叉极化的反射波,在四个频点附近转换效率甚至达到100%。在整个工作频带内,仿真和测试结果基本吻合,仿真得到极化转换效率高于90%,频带宽度为7. 88-20. 70 GHz,相对带宽达到了89. 7%。理论上给出了极化转换器的设计原理,仿真确定了转换器谐振点的位置,分析了极化转换器工作的物理原理,实验验证了极化转换器的效果。所设计的极化转换超构表面在极化选择控制方面有重要应用。     

基于电磁超表面的太赫兹线极化转换器

研究基于电磁超表面的太赫兹波束极化调控技术,即采用金属-介质-金属的三层结构设计了一种反射式太赫兹波90o线极化转换器,并分别采用数值仿真和实验测试方法表征其极化转换特性。结果表明,该反射式超表面可以在工作频率(0.5 THz)达到高效的线极化转换(高于75%),且具有宽带特性(在0.35~0.65 THz极化转换效率超过50%)。此外,采用的超薄玻璃介质衬底使得超表面极化转换器具有厚度小、质量轻和耐热性好等优异的综合性能。     

一种透射型线-圆极化转换超表面设计

提出了一种单对角线开缝的方形单元构成的透射型极化旋转超表面,并将其应用于宽带圆极化微带缝隙天线的设计中。采用等效电路法分析了超表面实现线-圆极化转换的工作机制,并对天线圆极化带宽的影响因素进行了参数扫描。仿真结果表明:加载超表面使线极化微带缝隙天线产生了圆极化辐射,同时扩展了天线的阻抗带宽。天线相对阻抗带宽达到了33.2%,3 d B轴比带宽达到了19.5%,在阻抗带宽内天线增益均高于6.8 d Bi,表明新型超表面结构具有良好的线-圆极化转换特性。     

一种透射型线-圆极化转换超表面的设计及应用

提出了一种单对角线开缝的方形单元构成的透射型极化旋转超表面,并将其应用于宽带圆极化微带缝隙天线的设计中。采用等效电路法分析了超表面实现线-圆极化转换的工作机制,并对天线圆极化带宽的影响因素进行了参数扫描。仿真结果表明:加载超表面使线极化微带缝隙天线产生了圆极化辐射;同时,扩展了天线的阻抗带宽。天线相对阻抗带宽达到了33.2%,3 dB轴比带宽达到了19.5%,在阻抗带宽内天线增益均高于6.8 dBi,证实了新型超表面结构具有良好的极化旋转特性。     

一款高效率频率选择表面圆-线极化转换器

为了实现圆极化波到线极化波的高效率转换,提出了一种由两种圆极化波调制模块构成的复合结构单元频率选择表面圆-线极化转换器。采用天线-馈线-天线结构设计了左-左旋和左-右旋两种圆极化调制模,并将二者组合形成具有左旋圆极化波接收、左旋和右旋圆极化波同幅同相辐射功能的圆-线极化转换器。仿真与测试结果表明,该极化转换器能够将入射左旋极化波转换成线极化波,3 dB传输系数相对带宽大于19.8%,工作带宽内的圆-线极化转换率大于0.99。该极化转换器具有插入损耗低、设计原理易于推广等优势。     

基于PIN二极管的可开关宽带极化转换超表面

为了在宽频内实现可开关的高效率线极化转换,设计了一个嵌入PIN二极管的十字架型极化转换超表面。仿真结果显示,当PIN二极管处于导通状态时,在4.03～7.71 GHz范围内,该超表面的极化转换率超过90%,相对带宽为62.7%;当PIN二极管处于截止状态时,该超表面在工作频段相当于反射板。通过理论分析和表面电流分布解释了极化转换机理。最后,对所制作样品的实验测量进一步证实了该超表面可开关的极化转换效果。所设计的超表面有望应用于电磁兼容和极化探测等领域。     

基于部分极化转换表面与部分反射表面的宽带高增益圆极化天线设计

该文介绍了一种具有部分极化转换与部分反射功能的超表面结构,并将其应用到具有宽带高增益性能的圆极化法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)谐振腔天线设计中。所设计的超表面在反射地板存在时能够表现出反射型部分极化转换功能从而用于F-P天线的圆极化源设计,而当反射地板被移除时其具有部分反射功能因而能够作为F-P天线的部分反射表面。通过在部分极化转换表面上方放置矩形贴片并加载寄生贴片与部分反射表面,辐射源贴片的线极化辐射能够被转变为高增益圆极化辐射,并且天线的阻抗带宽与轴比带宽均得到加强。所设计的天线经过仿真、加工与测试,测试结果表明其阻抗与轴比带宽分别为6.8～8.4 GHz (21.3%)和6.8～8.3 GHz (19.9%),峰值增益达10.5 dBi。     

宽入射角高效宽带超表面太赫兹线极化转换器

为解决当前太赫兹频段下的极化转换器件带宽窄和带内转换率低的问题,设计了一款基于超表面的高效率太赫兹线极化转换器.通过在两端增加一对谐振枝节的方法,将原本的单谐振频点变为2个,增加了极化转换器的工作带宽.另一方面,利用超表面在电磁谐振时的高阻抗表面特性,获得了极低的同极化反射系数,提高了带内的总体转换效率.仿真结果显示,...     

基于超表面的高效宽带双极化转换器设计

超材料和超表面因表现出天然材料所不具备的特 殊性能而广泛应用于电磁波调控。针对宽频带、高效率和小型化极化 转换器应用需求,本文设计一款宽带高效反射型超表面双极化转换器。基于电磁波极化调控 原理,在两角切方形贴片的基础上, 设计一款圆角切方形贴片周期性阵列超表面,实现单一宽频带内高效率线极化和圆极化转换 。研究表明,该极化转换器在6.850—11.050 GHz频段内极化转换效率(po larization conversion ratio,PCR)达90%,且性能可维持在入射 角 ≤45°范围内,覆盖整 个X 波段,实现高效率宽入射 角线极化转换;在6.225—6.402 GHz和12.562—13.472 GHz频率范围内轴比(axial ratio, AR)低于3 dB,实现高效率圆极化转换。此外,该超表面具有结构简单、宽入射角、加工方 便等优点,可满足微波通信、显微成像等领域的应用需求。     

Dual-band polarization and frequency reconfigurable antenna using double layer metasurface

In this paper, a polarization and frequency reconfigurable antenna with double layer metasurface, responsible for frequency and polarization reconfiguration respectively, is proposed. This antenna could operate in linear polarization in 4 GHz and circular polarization in 5 GHz band. By rotating the frequency reconfiguration metasurface, the linear polarization (LP) operating frequency can be continuously changed from 4 GHz to 4.35 GHz (8.4%) with circular polarization operating frequency around 5 GHz unchanged. Moreover, polarization of the whole antenna at 5 GHz can be reconfigured to linear polarization (LP), right-hand circular polarization (RHCP) and left-hand circular polarization (LHCP) by rotating polarization reconfiguration metasurface, the 3 dB axial ratio bandwidth is 5.0–5.2 GHz (4%). In all states, gain of the antenna achieves 5 dBi.     

基于超表面的低雷达散射截面宽频贴片阵列天线设计

该文设计了一种基于超表面(MS)的低雷达散射截面(RCS)宽频贴片阵列天线。该天线由工作在不同频段的两种开缝贴片天线组成2×4的八元阵,以此实现天线小型化并扩展其带宽,根据相位相消原理,将两种人工磁导体(AMC)以棋盘布阵的方式组成超表面加载到天线阵周围,使其具有低RCS特性。实测和仿真结果表明：加载超表面后,天线工作带宽由5.7~6.2 GHz扩展为5.6~6.6 GHz,相对带宽增大1倍,辐射特性基本保持不变;当平面波垂直入射时,天线单站RCS减缩效果明显,其中,X极化波下3 dB减缩带宽为5.3~7.0 GHz,最大减缩量达31 dB,Y极化波下3 dB减缩带宽为5.8~6.9 GHz。     

一种宽带宽波束圆极化微带天线的设计

文设计了一款宽带宽波束圆极化微带天线。 天线采用堆叠的双层圆贴片结构,结合四点顺序旋转馈电方式,实现了宽带圆极化辐射性能;在叠层圆贴片周边加载垂直接地金属柱环形阵,利用波束引向作用和等效零模谐振特性,在大带宽范围内实现了半功率波束宽度(HPBW)的有效展宽,并保证宽带宽波束内的圆极化辐射性能。 对天线进行了加工、测试。 实测结果表明,S11 小于-10 dB 的阻抗带宽( 4. 54 GHz ~ 11. 50 GHz)为 87%,覆盖了期望的应用工作频带6 GHz ~ 10 GHz;轴比小于3 dB 的带宽达到了33. 1%(6. 71 GHz~ 9. 36 GHz);HPBW 在6 GHz~ 8 GHz 范围内接近100°,在整个带宽内均超过 75°;除了 9. 5 GHz 以上频段,工作频带内的 6 dB 轴比波束宽度覆盖范围都接近 200°,表明天线在宽带和宽波束内具有良好的圆极化性能。     

一种双宽带雷达散射截面减缩的超表面设计方法

超表面由于其灵活的电磁波调控能力而受到广泛关注,基于其在雷达散射截面(radar cross section, RCS)减缩设计中受限于工作频带单一、设计通用性低的问题,文中提出一种新型的叠层型超表面设计方法,来灵活实现双宽带的RCS减缩. 首先设计了工作在两个频带且具有极化旋转特性的超表面结构及低通频率选择表面(frequency selective surface, FSS),并将其与两个极化旋转超表面相集成,形成了具有双频带极化旋转特性的超表面结构;然后基于极化相消原理,将该阵列进行旋转排布,形成2×2的阵列结构,以实现在6.6～12.7 GHz和27.8～38.1 GHz两个频带内?10 dB的RCS减缩. 对所设计的超表面结构进行实物加工,实测结果与仿真结果对比吻合良好,从而验证了双带RCS减缩的良好特性.     

High‐gain polarization conversion metasurface

A novel analytical method based on the cavity mode theory to design a metasurface (MS) is proposed in this study. We carefully analyzed the phase and amplitude characteristics of the incident wave and transmitted wave, and successfully designed a circular polarization conversion MS by introducing a cutting structure with wider operation bandwidth and higher radiation direction gain compared with that of the original MS. For the measurements, a microstrip antenna operating at 2.4 GHz was used as the source antenna to verify the designed MS. The simulation and measurement results agree well with each other.