基于透射型超表面的宽带线圆极化转换器设计

提出了一种工作在S波段和C波段的宽频透射型线-圆极化波转换器,其由五层超表面级联而成.超表面正面的金属拓扑结构为对称U形,背面为连续螺旋.当线极化波垂直入射时,所提出的线-圆极化转换器在2.5～5.6 GHz内插入损耗小于0.9 dB,透射波轴比小于3 dB,实验结果和仿真基本一致.该极化转换器可用于空间电磁波的极化转...     

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。     

基于超表面的宽带高效线极化转换器设计

面向大带宽、高效率及小型化的极化转换器的应用需求,提出了一款高效宽频带反射型超表面线极化转换器.基于极化转换机理分析,在"H"型和开口环结构基础上,完成了一款"H"型开口环与椭圆金属片叠加的超表面极化转换器设计.在开口环结构对角线方向将开口环连接起来,使其在对角连接线上产生强烈电磁谐振,并利用圆弧渐变结构,进一步提高极...     

基于超表面的交叉极化转换器设计

针对目前对极化转换器高性能的需求,提出了一种新型的反射型交叉极化转换器。基于超表面结构,极化转换器由顶层周期排列的金属图案、中间介质板和金属底板三部分组成。研究表明,在9.38～23.78 GHz频率范围内,该结构可实现极化转换率(Polarization Conversion Ratio, PCR)高于95%的交叉极化转换,其中四个谐振峰处极化转换率接近100%。此外,转换带宽为14.4 GHz,相对带宽为86.9%。该结构简单、损耗小、成本低、易于加工与集成,在微波通信、测量和成像等领域有广泛的应用前景。     

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。     

基于超构表面的非线性光学与量子光学

近年来,超构表面在经典光场调控领域受到了广泛的关注,获得了优异的成果。同时,超构表面在非线性光学和量子光学方面的应用也引起了人们越来越多的兴趣。文中分别介绍了非线性超构表面和量子超构表面的基本原理和应用,总结了近几年的相关报道,包括谐波产生和增强,谐波产生和对称性的关系,非线性相位调控和全息成像,以及基于超构表面的纠缠光子对产生,测量和调控。最后,对超构表面在这两个领域的进一步应用和前景进行了展望。     

基于超表面的多频带双极化转换器设计

极化转换器在无线通信、雷达探测等众多工程领域有着广泛的应用,针对当前超宽带、多功能、高效率的应用需求,提出了一种双极化、多频带反射型极化转换器。基于超表面设计,该结构由顶层周期排列金属贴片、介质层和金属底板3部分组成。研究表明,对入射的线极化波,该结构在6.2—6.7 GHz、17.7—19.2 GHz、20.88—21.14 GHz 3个波段内实现极化转换率(polarization conversion ratio,PCR)高于90％的交叉极化转换;在7.12—16.68 GHz、19.47—20.67 GHz两个波段实现轴比(axial ratio,AR)低于3 dB的线圆极化转换。该设计具有结构简单、加工方便、能量损耗低等特点,在电磁波极化调控、微波器件设计等方面具有一定的理论与实用价值。     

基于超构表面的三维成像技术

三维成像技术具有强大的精细化空间数据描述能力,在消费电子、自动驾驶、机器视觉和虚拟现实等领域已成为最关键的传感技术之一。现有的三维成像技术受到传统折射元件和衍射元件的物理机制限制,难以满足设备小型化、集成化、多功能、大视场、大数值孔径、高分辨等性能要求。超构表面作为由亚波长纳米天线阵列构成的智能表面,能够实现对光场的振幅、相位、偏振等参量的人为调控,具有体积小、高空间带宽积、高效率、多功能、大视场等优势,有望成为新一代光学元件服务于三维成像技术。本文综述了基于超构表面的三维成像技术进展,在超构表面的物理机制和应用优势的分析基础上,详细介绍了超构表面在三维成像技术例如结构光技术、飞行时间法、光场成像和点扩散函数工程中的应用和表现,总结和展望了基于超构表面的三维成像技术面临的挑战和未来发展方向。     

一种宽带线鄄圆极化转换反射阵单元设计

针对线鄄圆极化转换反射阵单元设计中存在的参数相关联、不易精确得到单元尺寸的设计难题,提出 了基于独立、对称条件的设计方法,该方法将相移补偿特性分析和极化方式控制两者“去相关冶独立研究,为线鄄圆极 化转换反射阵整体设计和单元结构构建提供了崭新的思路。采用此方法并结合双层堆叠十字振子结构设计并实现 了宽带线/ 圆极化转换反射阵天线,其1dB 增益带宽为24%,3dB 轴比带宽为35%,口径效率最高为48. 7%。     

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。     

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。     

基于超表面的宽带低剖面圆极化天线设计

设计并制备了一种基于超表面的宽带低剖面圆极化天线。该天线由上下两层构成,下层是传统的线极化缝隙微带天线,上层是由方形切角单元构成的超表面。分析了超表面将线极化波转换成圆极化波的工作原理,并对影响天线圆极化带宽的参数进行了优化。仿真结果表明:加载超表面后,不仅使天线辐射圆极化波,还扩展了天线的阻抗带宽,天线相对阻抗带宽达到17%,3 dB轴比带宽达到7.2%。为了验证设计的有效性,加工、测试了天线实物样品,并与仿真结果进行了对比。实测结果与仿真结果吻合较好,说明该天线具备宽带圆极化特性。最终天线整体尺寸仅为0.4λ×0.4λ×0.03λ,天线的剖面较低,非常有利于与载体共形的应用。     

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。     

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。     

基于特征模分析的1-bit转极化反射超表面阵列设计

基于特征模理论分析了反射超表面单元模式特性和散射参数的关系,提出了一种仅需2个开关结构同时实现1-bit相位调控和转极化的单元结构,仿真分析表明单元工作带宽在26～33 GHz,并基于此设计了工作在Ka波段的波束倾角为0°和60°的1-bit转极化反射阵列。测试结果表明阵列可工作在27～33 GHz,最大增益分别为25.1,22.0 dBi,天线口径效率分别为12.5%和12.2%。该反射超表面单元结构简单,有效减少了开关数量,在低成本电扫反射阵列的应用中具有极大潜力。     

一种新型宽频带双极化馈源的设计

高效率的宽频带馈源可以大大减少馈源数量,减小天线口径,在天线工程中应用很广。采用正方形振子形式设计的新型宽频带双极化馈源,与传统馈源相比,该馈源具有频带宽、体积小以及波束等化好等优点。首先给出了这种馈源的几何结构和腔体理论分析,并对这种馈源反射腔的几种不同结构形式进行了对比分析,分析结果表明采用圆形反射腔形式是最佳选择。对比仿真分析和理论计算结果,两者非常吻合,验证了理论分析的正确性。     

一种新型宽带双圆极化天线的研究与设计

本文提出了一种新型的sinuous天线单元与其馈电网络结合起来实现宽带及双圆极化的设计方案。文章分别对sinuous天线单元及馈电网络的基本原理及设计方法进行了介绍。并对天线单元和馈电网络进行了仿真分析和优化设计。结果表明,所设计的天线和馈电网络在工作频带2.0~2.3GHz内具有良好的电性能。     

一种极化复用的聚焦惠更斯超表面设计

针对无源超表面功能单一的问题,该文提出一款极化复用的透射型惠更斯超表面,可实现x极化和y极化入射波的独立聚焦特性。超表面单元由一层厚度为0.17λ的介质基板和位于两侧的不对称电偶极子元件组成,利用反向流动的表面电流构成磁偶极子,在物理结构上消除了磁性元件的需求,使单元更加紧凑。通过单元结构尺寸的调整,实现双极化独立调控和360°相位覆盖。根据双极化聚焦的效果设定,基于全息理论对单元进行排列,设计并制备出在35 GHz下具有独立聚焦特性的极化复用惠更斯超表面,模拟和实测结果基本一致。所提出的惠更斯超表面无多层堆叠和金属过孔,具有结构简单、低剖面、易加工等特点。