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。     

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。     

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。     

一种低剖面的宽带双极化超表面天线

提出了一种低剖面的宽带双极化超表面天线。天线由正交微带线馈电,通过方形驱动贴片激励上层超表面层。该超表面由4×4的方形贴片构成。当垂直/水平极化端口激励时,超表面天线工作在TM₁₀/TM₀₁和反向TM₂₀/TM₀₂模。为了拓展天线的带宽,在超表面上额外刻蚀了4条较宽的缝隙,并在驱动贴片两侧加载了2个寄生条带。此外,将微带线略偏移馈电边的中心,以提高天线的隔离度。天线剖面仅为0.065λ₀(λ₀为中心频率在真空中的波长)。加工和测试了天线样品,测试结果表明,天线的反射系数|S₁₁|<-10 dB带宽为43.8%(8.76～13.74 GHz),带内隔离度大于16.8 dB,增益在5.5～9.2 dBi范围,交叉极化为-14.4 dB。考虑加工误差后,仿真结果与测试值较为吻合。     

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...     

一种新型的宽频带双极化基站天线

文章根据通信行业标准,提出了一种新型的宽频带双极化基站天线,并应用HFSS对天线性能进行了仿真,给出了在1GHz～4GHz频段驻波比和S21参数随频率变化的曲线,以及在3G频段的水平面交叉极化辐射方向图。     

一种双极化1-bit相位调控智能超表面

智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)作为第六代移动通信系统的核心技术之一,能够以可编程的方式对空间电磁波实时调控,打破了传统信道不可控的桎梏,重构无线传输环境。在实际应用场景中,应当考虑RIS的极化特性以及斜入射特性。设计了一种双极化1-bit相位调控超表面单元,其上加载两个二极管,用于独立控制两个极化方向上的相位响应。仿真验证了该单元在两个极化方向下的1-bit相位调控能力及电磁波斜入射下的1-bit相位调控能力。将所设计的单元排列成规模为10×10的阵列,并验证了其波束调控能力。结果表明,该RIS可以为下一代移动通信系统的发展提供有效的技术指导与支持。     

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。     

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.     

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。     

一种双扼流槽双极化低旁瓣阵列天线

设计了一种新型低副瓣双极化阵列天线,阵列单元采用角锥喇叭,利用探针分层正交馈电实现双极化辐射,利用双扼流槽解决了宽波束降旁瓣的难题.在阵列馈电设计中,利用空气同轴线网络实现泰勒加权降旁瓣设计,同时,利用反相馈电技术改善了极化隔离度和交叉极化.实测结果表明：在工作频带9.5 GHz±500 MHz,回波损耗小于-10 dB,俯仰面、方位面方向图旁瓣电平小于-16 dB,极化端口隔离度小于-30 dB,交叉极化电平小于-35 dB.     

基于方形开口环的太赫兹偏振转换器设计

基于方形开口环与金属棒组合的超材料结构,提出一种新型透射式太赫兹偏振转换器件。研究了基本结构单元的不同组合方式对偏振转换特性的影响,并通过优化结构单元的相关参数,提高了偏振转换功能的工作带宽。最终在0.45~1.30 THz范围内实现了高效的X-Y方向交叉极化偏振转换,有望用于集成化太赫兹偏振转换器件的研究和应用中。     

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。     

Dual-band reflective polarization converter based on metasurface

In this paper, a dual-band and reflective polarization converter based on metasurface is proposed. Its unit cell is composed of two layers of metal plates separated by a dielectric substrate. The simulation results show that the proposed converter is able to convert x- or y-polarized incident waves into cross-polarized waves perfectly in frequency bands of 6.75—10.59 GHz and 17.78—19.61 GHz, and the polarization conversion ratio (PCR) is nearly 100%, which can also convert linearly polarized waves into circularly polarized waves at four frequencies. It can be widely used in applications of radar satellites, antenna design and telecommunication with the function of realizing polarization conversion in two bands and achieving high PCR simultaneously.     

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。