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。     

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.     

一种太赫兹波段宽带反射型极化变换器

提出了一种由表层矩形金属周期图案、聚酰亚胺薄膜基底和金属反射面组成的新型反射型极化变换器。为了降低极化变换器对基底厚度的敏感度,增大工作带宽,该设计采用将传统反射型极化变换器表层金属线栅开口截断和增大金属线栅宽度的方法,引进了表层金属图案对两正交极化方向电磁场的等效电容电感效应,进行相位调制。仿真结果表明中心频率为500 GHz时,工作带宽可达到140 GHz,插入损耗小于0.5 dB,并且在一定基底厚度条件下误差在一定范围内,整体性能几乎无变化。仿真表明该极化变换器有效增大了工作带宽,并降低了对基底厚度敏感度。提出了薄膜光刻工艺来对设计的极化变换器进行加工制作。     

基于异常反射型超表面的天线反射面设计

在实际应用中有许多场合需要对电磁波的传播进行人工调控, 传统的光学器件或者人工电磁介质都是采用三维结构, 但传统的三维结构介质很难与其他器件或设备进行集成.利用相位非连续人工电磁表面则可以在传播路径的介质分界面上引入相位突变, 进而实现人工调控电磁波.文章在此基础上在微波波段利用构造分界面相位梯度提出了一种异常反射型超表面的设计, 用作天线反射面可将圆极化波高效地转化为交叉极化波, 为微波段的电磁波人工调控提供了新的手段.根据广义反射定律及斜入射时相位突变修正设计的天线反射面, 在X波段可以实现对入射电磁波的人工调控, 并通过仿真分析验证了该设计方法的准确性, 为人工电磁表面作为天线反射面提供了一种设计思路.     

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。     

低剖面极化可重构超表面天线

提出了一种低剖面极化可重构超表面天线. 天线由三部分组成:3×4金属矩形贴片阵列组成的超表面覆层、缝隙耦合天线和直流偏置控制电路. 电路包括8个PIN二极管开关组成的四对开关（PIN1,PIN2,PIN3和PIN4）和直流偏置线,通过控制上述四对PIN开关的工作状态,天线可以在线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种极化状态之间转换. 对天线样机进行了加工并给出了实测反射系数、实际增益、轴比和归一化辐射方向图,结果表明:天线在不同工作状态下的共享工作频带为4～5.4 GHz,?10 dB阻抗带宽为29.8%;3 dB轴比带宽为8.3%,从4.6～5 GHz;各状态下的实测增益相差不大,其平均增益都大于5 dBi. 仿真结果与实测结果吻合良好.     

一款基于极化转换超表面的双频RCS缩减Fabry-Perot天线

雷达散射截面（radar cross section, RCS）是雷达探测技术、隐身和反隐身技术中表征目标可识别特性的重要参数. 对隐身平台RCS的贡献来自平台上的天线,因此降低天线系统的RCS成为目前隐身技术中的一个关键技术课题,当前的解决方案在降低RCS的同时会影响天线的辐射性能. 本文将极化转换超表面(polarization conversion metasurfaces, PCM)和法布里-珀罗（Fabry-Perot）谐振腔天线有效结合,设计了一款双频带RCS缩减和增益提升天线. 结果表明,该天线在4~9 GHz和12~15 GHz两个频段的RCS最大降低了15 dBsm. 此外,Fabry-Perot天线的增益相较馈源天线提高了7 dBi. 说明提出的天线具有增益高、RCS低的特点,可为Fabry-Perot谐振腔天线的设计提供新颖的思路.     

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。     

First realized polarization converter based on hybrid supermodes

We report the first realized polarization converter based on the concept of hybrid supermodes. A polarization conversion of 93% is achieved for a device length of only 0.25 mm. This represents the shortest polarization converter realized on InP so far     

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.     

偏振延时干涉仪型CSRZ-Duobinary全光码型转换器

提出了利用偏振延时干涉仪(PDI)实现CSRZ到Duobinary转换的全光码型转换器.根据偏振延时干涉仪的结构设计,分析了实现CSRZ到Duobinary码型的转换原理,并仿真模拟了码型转换过程,证明了方案的可行性.通过改变双折射介质的差分群时延,讨论了它对干涉结果的影响,结果表明:不精确的差分群时延会导致输出Duo...     

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。     

A wave polarization converter for circular polarization

A linearly polarized wave may be converted to a circularly polarized wave by means of a panel which provides90degdifference in transmission phase between two crossed linear components. This phase difference is obtained over a wide frequency band by means of thin sheets containing both inductive and capacitive shunt susceptance. Low reflection and near unity axial ratio may be obtained by means of three sheets which are spaced for least reflection. An experimental polarizer has been constructed using three photo-etched sheets and a dielectric honeycomb core. Over a 20 per cent band the axial ratio of the circular polarization is within 1.7 db and the insertion loss is within 0.5 db. Over a 46 per cent band the axial ratio is less than 2.0 db and the insertion loss is less than 1.0 db.     

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VGG网络的双波段图像融合方法

针对红外与可见光图像中物体信息具有各自优点的情况,提出了基于VGG网络的红外与可见光图像融合方法来提高对夜间或复杂背景情况下的物体检测识别能力。首先将图像分别输入到一个经过训练得到的VGG网络中,经过不同的卷积层提取各自的特征图;然后将特征图经过ZCA白化处理,去除冗余信息;再通过归一化处理,将特征图的维度降到二维,并通过双三次插值法将其缩放到与源图像尺寸一致;最后通过加权取平均得到融合后的图像。实验结果表明,本文的方法在第四和第五层卷积得到的融合结果优于前三层的融合结果。同时,本文融合方法与其他3种融合方法相比视觉效果较好,在标准差、平均梯度、相关系数、熵值等评价指标上分别平均提升了12.79 %、11.04 %、9.94 %和2.54 %,并且在融合时间上保持在1秒以内。这说明该方法融合效果较好,速度较快,能够较多地保留红外与可见光图像信息和较好地提升目标的显著性。     

一种基于超表面的方向图可重构天线

为了满足日益增长的对多功能天线的需求,提出了一种基于超表面覆层的低剖面可重构天线. 该天线由三部分组成:矩形蘑菇型超表面覆层,缝隙耦合天线和简单的直流偏置控制电路. 通过分别调整两组PIN开关的工作状态,使得天线辐射表面的电流被改变,进而实现辐射方向图的重构. 通过仿真计算和优化,最终确定了天线的最优结构. 实测结果表明:天线可以在四种不同的状态下工作,其xoz面方向图可以在±30°之间切换;四种工作状态的共享?10 dB阻抗带宽为4.2%. 所提出的天线具有低剖面、高增益、低成本、操作简便等特点.     

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。