基于层间耦合的宽带毫米波超表面天线

通信技术快速发展,对高速、大容量通信需求迫切。然而,传统频谱资源受限,难以满足需求,毫米波天线备受瞩目。本研究旨在改善传统微带贴片天线的带宽和增益问题。通过加载超表面结构和加强层间耦合的方法,设计了24～50 GHz宽带毫米波超表面天线。该天线采用层压方式将超表面加载在介质层中,通过仿真分析了超表面参数对天线带宽的影响,从而确定最佳天线结构尺寸,并进行了天线的制作和性能测试。仿真和实测结果表明,该天线能够实现24～50 GHz的宽带,相比传统贴片天线,其带宽增加了52.23%,并具有良好的辐射特性和增益性能。该宽带毫米波超表面天线在宽频段通信、5G通信等领域具备广阔的应用前景。     

超表面调制天线的国内外最新进展

超表面调制天线是近年来从超材料技术中所衍生出来的前沿研究方向,对于新型电扫天线的设计具有重要意义,其具有低成本、低功耗、灵活可控等优势特性,在电磁场辐射、隐身等领域具有重要的应用前景.文章对电磁超表面进行了简要概述,总结了超表面调制天线的设计思路和工作机理,综述了国内外在超表面调制天线领域的研究进展和应用成果.最后阐述...     

基于宽带极化转换超表面的天线RCS缩减

针对天线隐身问题,设计了一款宽带极化转换超表面加载的缝隙阵列天线。超表面采用渐变L型枝节的设计方法,其极化转换比大于0.9的工作带宽为79.2%。为缩减一款2×2的H形缝隙阵列天线的雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS),将超表面结构加载到该天线上方。对阵列天线及超表面天线分别进行了仿真和测试,超表面天线的辐射特性保持良好,同时其RCS对于垂直入射方向上的x和y极化波分别在13.4～30.5 GHz和13.1～30.7 GHz得到10.0 dB的缩减。     

容性加载的宽带紧凑型圆极化超表面天线

针对当前超表面圆极化天线研究中存在的尺寸大、带宽与小尺寸无法兼顾等问题,提出了一种宽带紧凑型圆极化超表面天线。该天线采用跨层容性加载技术,通过在方形超表面结构上方加载跨层寄生贴片来引入跨层电容,从而降低谐振频点,实现超表面结构的小型化。同时,这种跨层容性加载超表面结构也具有极化相关特性,将其与45°斜耦合馈电缝隙结合,能够在小尺寸下实现具有宽带特性的圆极化超表面天线。测试结果表明,该天线在辐射口径为0.4 λ₀×0.4 λ₀的情况下,-10 dB阻抗带宽为39.56%(5.82～8.69 GHz);3 dB轴比带宽可达26.98%(6.54～8.58 GHz)。该天线具有圆极化辐射性能良好、宽带、小型化和低剖面等优点,为现代宽带无线通信系统天线的实现提供了一种技术选择。     

基于极化转换超表面的低RCS对称振子天线设计

本文基于极化转换超表面加载技术提出了一种具有宽带雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)减缩特性的对称振子天线。用极化转换超表面代替传统对称振子天线的金属反射板， 在不影响天线辐射性能的前提下，实现了天线的带外 RCS 减缩。以对称振子天线为例进行了仿真研究，当电磁波分别以 x 极化和 y 极化方式垂直入射时，相对于传统对称振子天线，加载极化转换超表面的天线可在 5~18GHz 频段内实现不同程度地单站 RCS 减缩，其中 5dB 以上单站 RCS 减缩带宽分别为 6.3~14.5GHz 和 5.9~14GHz。仿真结果表明加载极化转换超表面的天线在保证辐射性能基本不变的情况下，可以实现良好的带外 RCS 减缩性能。     

基于超表面的超宽带低剖面双极化天线

提出了一款基于超表面的超宽带低剖面双极化天线。该天线由2对垂直放置的偶极子和超表面阵列组成。由于采用双极化形式,能够引入附加的谐振点,从而拓展了天线的带宽。为了实现低剖面特性,偶极子天线加载了具有同相反射相位的超表面阵列。此外,通过超表面阵列的切角设计,改善高频段的电压驻波比和辐射方向图。该天线剖面高度仅为38 mm(0.1λ),在0.81～2.35 GHz(97.4%)频带内,电压驻波比(VSWR)小于2,端口隔离度大于15 dB,增益为5～11 dBi。     

超表面加载极化可重构双极化微带天线设计

基于超表面结构设计了一种2.555~2.655 GHz频段的极化可重构双极化微带天线。首先根据微带天线理论设计了缝隙耦合正交馈电的双极化微带贴片天线,然后提出并设计了一种方形切角的新型超表面结构,并将该超表面放置在双极化微带天线上,通过机械方式旋转超表面,实现了左、右旋圆极化和水平、垂直线极化之间的极化转换。利用HFSS仿真软件对该超表面加载微带双极化天线进行了仿真。结果表明,该双极化天线能够便捷地实现极化转换,且在两种极化状态下,天线在工作频带内的回波损耗小于–10 dB,隔离度大于20 dB,圆极化工作状态下的轴比小于3 dB,天线的整体性能良好。     

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。     

一种加载超表面结构的宽带天线设计北大核心CSCD

文中通过加载超表面(Metasurface,MTS)的方式设计了一款超表面的宽带微带天线,将传统的矩形辐射贴片替换成超表面结构,提高了微带天线的电性能。天线通过共面波导的阶梯型孔径馈电。超表面印刷在介质板顶面,而介质板底面为共面波导馈电电路,从而增加了超表面与底层馈电孔径之间的耦合。超表面和阶梯型的孔径共同作用,使天线获得了较宽的阻抗带宽。文中设计的天线结构简单,外形紧凑。该天线的-10 dB相对阻抗带宽约为56.4%(7~12.5 GHz),覆盖整个X波段,主辐射方向偏离法向30°。实验测试结果与仿真结果吻合较好,为军事领域中的侦查和探测以及超宽带短距离室内定位中的天线设计提供了思路。     

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。     

基于超表面的宽带超低剖面折叠透射阵

该文提出了基于超表面的宽带超低剖面折叠透射阵天线设计方法。该天线由两种超表面阵列和一个作为馈源的开口波导构成。其中,下层超表面能够将馈源发射的线极化入射波转换为交叉极化反射波,上层超表面能够实现特定线极化波的全反射和另一种线极化波的全透射。通过合理设计,该天线能够将辐射电磁波来回反射3次并在较宽频带内实现增益提升,同时其剖面高度能够降至传统透射阵的1/4。天线实测和仿真结果吻合良好,表明3 dB增益带宽达到19.6%(9.2～11.2 GHz),且9.6 GHz处峰值增益达21 dBi,峰值口径效率为30%。该文设计方法为实现宽带低剖面阵列天线设计提供了新思路。     

基于电介质超表面的双频带双偏振通道波前调控

随着微纳加工技术的发展,超表面在亚波长尺度对电磁波的多维度调控展现出传统光学器件难以比拟的优势。基于电介质硅纳米柱结构构建了具有双频带响应的超表面,利用微结构对不同偏振入射光反射系数的差异,通过构建梯度几何相位实现了双波长下的异常反射;同时设计了超表面灰度成像阵列,在近红外波段实现了对正交偏振态和双波长入射具有不同响应的正负灰度图像。文中提出的超表面设计为基于超表面的多功能集成技术的发展奠定了基础。     

基于超表面的天线多波束偏转技术研究北大核心CSCD

5G移动通信对天线提出了多极化、多频段、多波束等更高的技术需求。超表面具有很强的电磁调控能力,利用这一特性可以实现天线多波束偏转。本文首先提出新型的基于行波激励网络的双波束偏转方法,利用超表面实现定向波束可控,设计了单频低副瓣高增益的双波束超表面天线。其次,提出基于多相位自由度理论的双频行波激励网络,结合双频超表面,设计了双频双波束偏转角可独立控制的超表面天线。在此基础上,提出基于正相位响应理论的稳定波束偏转角的方法,设计了具有稳定波束的±45°双极化超表面天线。与传统多波束方法相比,本方法省略了复杂的波束形成网络,设计简单、结构紧凑,而且能够实现双频、双极化等特性,可为新一代移动通信天线的研制提供技术思路。     

The development of radial line slot array antenna for direct broadcast satellite reception

Microwave antennas are extensively used in communications systems such as satellite, television and high-speed data transmission due to their wide and absolute bandwidth. Among the variety of microwave antennas, satellite communication commonly adopts an antenna of parabolic dish type, despite some drawbacks. In a primary fed design, there is considerable aperture blockage. An offset parabolic antenna design, which then eliminates the blockage, is susceptible to physical damage as its feed is significantly exposed from the body of reflector. The radial line slot array (RLSA) type antenna is thus designed to cope with the problems encountered in parabolic antennas. RLSA is a planar antenna suitable for direct broadcast satellite (DBS) reception, with advantages including high radiation efficiency (high gain), low profile, low cost and feed rear-mounted. The prototype development started with the selection of the cavity's dielectric material and construction of the feeding structure of coaxial-to-waveguide transition. Within the frequency band of interest, between 10.95 and 11.7?GHz, results, is showed a lower than ?10?dB of return loss. A DBS receiver test-bed had been developed to test the constructed antenna prototypes and it revealed that the prototype has the capability of receiving TV programs from DBS.     

太赫兹波前调制超表面器件研究进展

超表面是一种由人工微结构组成的超薄平面器件,能够实现对电磁波振幅、相位以及偏振态的调控,具有体积小、重量轻、集成度高、可灵活操控电磁波等优势,在电磁波谱、波前调制中发挥着巨大的作用。综述了近年来基于超表面的太赫兹波前调制器件的研究进展。总结了基于Pancharatnam-Berry相位、基于局域表面等离子体共振(LSPR)、基于Mie共振的三种超表面单元结构对电磁波的振幅、相位调控机理,并讨论了实现高效率超表面的方法。之后,介绍了用于设计波前调制超表面器件的纯相位调制方法和复振幅调制方法。综述了在太赫兹波段典型的超表面波前调制器,包括单一功能、复合功能以及可调谐功能的超表面波前调制器件。在早期的研究工作中,设计的超表面可实现波束偏转、波束聚焦、全息成像、以及涡旋光束、自聚焦光束、洛伦兹光束等特殊光束产生等功能。为提高太赫兹器件的利用率,波分复用、偏振复用等功能复用的太赫兹超表面器件被提出。随着对太赫兹波前动态调控需求的增长, 一些主动的太赫兹超表面器件被提出并在实验上被验证。共有两种主动的超表面器件。其中一种主动超表面是通过将超表面结构与半导体材料或相变材料结合形成的,另一种是通过光泵浦硅片形成的全光器件。全光超表面在不用重新加工的前提下能够被重复使用。通过调整投影在硅片上的超表面图像即可动态操控太赫兹波前。全光超表面具有动态控制波束扫描和波束聚焦的能力,将来可应用于太赫兹通信、太赫兹雷达等领域。最后,对太赫兹波前调制超表面器件的发展趋势与应用前景进行了展望。     

星载成形反射面天线的设计方法

成形反射面天线的设计与综合是近年来卫星天线发展的一个热点问题 ,本文对日本、北美和欧洲成形反射面天线的技术发展和综合方法作了介绍和比较。     

基于人工表面等离激元的天线研究进展

人工表面等离激元是在人工电磁媒质与传统材料界面激发的一种亚波长表面电磁模式, 具有波长短、场局域增强、色散可调等新奇的电磁特性, 在小型化微波器件、隐身材料与隐身结构、天线/天线罩等领域具有重要应用前景.文章综述了人工表面等离激元在天线中的应用研究进展, 包括基于混合模式耦合、相位梯度超表面解耦、周期结构解耦等原理的端射天线、多波束天线、频扫天线, 为新型天线的研发与应用提供技术支撑.     

基于π型结构双折射超表面的设计与应用

为了实现结构简单、透射率高的双折射超表面, 采用广义薄板跃迁条件分析了该超表面结构与其周围入射场、反射场和透射场的关系, 并利用介质空间域的表面极化率、磁化率等描述了相应超表面的等效特性, 设计出一种基于π型金属结构单元的双折射超表面。通过将具有梯度透射相位的7个单元按照顺序排列, 形成具有对垂直入射x, y极化电磁波双折射性能的超表面。结果表明, 在波束折射和偏振分束超表面中, 损失均低于-8dB; λ/4波片中达到全透射; 所设计的双折射超表面对垂直入射的电磁波具有高透射特性, 并且能够分离x极化电磁波和y极化电磁波的波束, 实现双折射。该研究结果对高性能超表面的设计与实现具有一定的指导意义。