小型超表面圆极化天线设计

针对普通圆极化天线设计过程复杂和面积过大的缺点,设计了一款小型化的圆极化缝隙天线,通过加载超表面来实现小型化和圆极化。该超表面天线可以把2个垂直线极化波合成为1个圆极化波,采用不规则的斜十字结构,尺寸仅为25 mm×25 mm×4 mm,就可以在5.74~5.87 GHz范围内实现轴比小于3 dB。该天线结构简单、抗干扰能力强、辐射特性优异,适用于5.8 GHz的阅读器天线和ETC电子不停车收费。     

双频太赫兹圆极化吸波与异常反射手性超表面

本文提出了一种工作在太赫兹频段的双频圆极化手性吸波和异常反射手性超表面,通过合理组合两种手性结构,实现在两个频段相互独立的圆极化手性吸收和异常角度的圆极化转换功能.该双频太赫兹手性超表面在2.53 THz处对左旋圆极化波的吸收率为96.3%,对右旋圆极化波实现同极化的反射;在3.43 THz处对右旋圆极化波的吸收率为90.9%,而对左旋圆极化波表现为同极化反射功能.本文进一步通过连续旋转单元图案引入几何相位,实现了2π反射相位全覆盖.组阵后的手性超表面在两个工作频点各自吸收特定旋向的圆极化波,而对正交极化的圆极化波分别发生约±20°的保手性异常反射.这种基于手性超表面的双频太赫兹多功能器件有望应用于电磁能量收集、极化转换器、手性传感等领域.     

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。     

手性超构表面研究进展及应用

光学手性超构表面是由亚波长尺度单元所组成的平面或准平面光子器件。其结合了新的物理光学原理和前沿纳米制备技术,可产生极强的光学手性,在光学手性传感、手性粒子分离及手性调控等方面有广阔的应用前景。本文介绍了手性超构表面的基本原理,从金属材料和介电材料的角度分类总结了手性超构表面的国内外研究进展,重点关注其圆二色性响应和近场手性响应,并介绍了手性超构表面的应用方向。     

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。     

圆极化复用型多功能超构表面研究进展

文中回顾并总结了课题组近期关于圆极化复用型多功能超构表面的研究进展. 从几何相位在正交圆极化波作用下的共轭对称响应出发,基于超构表面的等效琼斯矩阵提出了交叉极化双通道复用的独立调控方法,突破了几何相位的交叉极化耦合限制. 进一步,基于同极化与交叉极化分量间的幅相关系,提出了三通道复用的多元波前集成方法,实现了对透射圆极化电磁能量的全场调控. 在此基础上,通过引入手性诱导相位提出了圆极化四（全）通道复用的波前调控方法,有效提高了对圆极化电磁能量的利用效率,为提高现代通信系统信道容量及信息传输速率打下理论基础.     

基于超表面的低剖面宽带圆极化天线

基于超表面设计了一款低剖面、宽带、圆极化天线。天线由改进的Wilkinson功分器馈电实现宽带90°相位差,超表面单元在传统方环形单元上加载箭头结构来增加额外的等效电容,进一步改善了天线带宽和增益性能。仿真和测试结果表明,天线的阻抗带宽为36.7%(2.0 GHz-2.9 GHz),3dB轴比带宽为26.1%(2.0 GHz-2.6 GHz),保持稳定右旋圆极化辐射,峰值增益8dBic,整体天线厚度仅0.05 A。(6mm)。     

基于超表面的圆极化印刷偶极子天线研究

利用一种以双头箭头作为结构单元的反射型极化旋转超表面,设计了圆极化的印刷偶极子天线。通过将该超表面加载在普通印刷偶极子天线的下方,使线极化的偶极子天线辐射圆极化波。测试表明,天线的圆极化工作带宽为6.96 GHz到7.13 GHz。在7.04 GHz处,垂直方向上的轴比达到约1 d B。该天线有着较好的圆极化效果,并且实现了低剖面以及小型化。     

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。     

Holographic Tensor Metasurface for Simultaneous Wireless Powers and Information Transmissions Using Polarization Diversity

A holographic tensor metasurface (HTM) is proposed from the energy perspective to achieve flexible regulations of polarization and energy distributions for simultaneous transmissions of power and information. A dual-polarization receiving metasurface with high isolation is also proposed to enable simultaneous receptions of power and information. Based on the two metasurfaces, a novel system for simultaneous wireless information and power transmissions (SWIPT) is established, which can transmit microwave powers and information signals by flexibly regulating the electromagnetic waves in different polarizations. The proposed HTM can generate non-diffraction Bessel beams of two polarizations to keep high-power transfer efficiency in an environment with obstacles. A rectifier circuit is designed with a wide dynamic range to integrate with the receiving metasurface to capture the strong powers and weak signals simultaneously. The effect of different modulations on the rectification efficiency of microwave-to-DC and the performance of the SWIPT system are analyzed. The SWIPT system is verified by experiments to realize simultaneous transmissions of information and powers by only using the metasurfaces, which is beneficial to integrate the wireless sensor networks, communication modules, and artificial intelligence algorithms to build up smart cities.     

双折射单模光纤的保圆耦合

提出了一种利用双折射单模光纤扭转时产生的圆双折射性获得保圆偏振的新方法，该法应用于光纤耦合器的基本思想是通过有效地改变扭转光纤在耦合区域的单位扭转度，从而达到光纤之间实现保圆耦合的目的。同时，用耦合模方程分析了利用该法构成的２×２单模光纤耦合器的耦合行为，结果表明光纤耦合器达到了较好的保圆耦合。     

溶胶--凝胶法制作固体手性圆波导及其偏振特性测试

利用溶胶 -凝胶低温合成非晶态技术 ,以正硅酸乙酯、N ,N -二甲基甲酰胺和乙醇为前驱体 ,将手性分子灰黄霉素均匀的掺入到上述体系的溶胶与凝胶中 ,成功的研制出了固体手性圆波导 ,并对其偏振响应作了测试 ,发现其偏振特性既不同于块状手性材料 ,也不同于固体非手性圆波导     

圆极化移相器相移特性研究

根据铁氧体耦合波理论推导出圆极化移相器对任意极化电磁波的传输矩阵，在此基础上研究了椭圆极化波、线极化波、圆极化波在移相器内的传输特性，数值仿真表明用基于线极化分量的差相移检测方法检测非标准圆极化波的测量结果不仅与激励状态有关，还与选定的线极化方向有关，利用本文的结果可以对圆极化移相器测试系统进行误差分析，对于提高测量精度有一定指导意义。     

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...     

圆环衍射效应下涡旋光束的偏振度传输

利用部分相干光的相干与偏振的统一理论和2×2交叉谱密度矩阵传输规律,推导出随机电磁涡旋光束经圆环衍射后偏振度的计算公式.在这些理论基础上,研究了随机拉盖尔-高斯光束在传播过程中偏振度的变化.分析表明,部分相干涡旋光束经圆环衍射后偏振度将发生变化,在衍射场中光束的偏振度分布情况与入射光的相干度、入射光束的拓扑电荷数、衍射...     

圆偏振调制激光通信系统设计

为了降低大气湍流和通信终端相对运动对通信系统性能造成的影响,对采用了圆偏振调制原理的通信系统进行了研究。激光的圆偏振特性在大气传输中变化很小,且圆偏振光具有旋转对称性,系统的性能不受两通信终端相对运动的影响,降低了技术的实现难度,具有很高的可靠性,特别适用于移动通信终端。介绍了两种圆偏振调制方式,推导了线偏振态与圆偏振态之间的转换过程,为圆偏振编码解码提供理论基础。针对这两种调制方式,提出了具体的实现方案,并设计出了圆偏振调制激光通信系统,在该系统中可验证两种编码方式,且结构简单、实现方便,可作为星载通信终端。并进行了简单的圆偏振编码通信实验,实现了数据发射和接收,证明了圆偏振调制的可行性。     

Polarization and Holography Recording in Real- and k-Space Based on Dielectric Metasurface

The diverse design freedom and mechanisms of metasurfaces motivate the manipulation of polarization in an ultrashort distance with subwavelength resolution and make metasurfaces outperform conventional polarization optical elements. However, in order to enhance the information capability and encryption security of metasurface holograms, polarization manipulation together with multiplexing technologies are still highly desired. Here, a birefringent dielectric metasurface with the capability of encoding a grayscale image in real-space based on Malus's law by utilizing the inhomogeneous polarization distribution and realizing the reconstruction of a vectorial holographic image in k-space with the help of the phase profiles of different polarization components of output light is demonstrated. This novel functionality is realized by exploiting the manipulation of polarization and phase of output light simultaneously offered by the dielectric metasurface. The proposed method may enhance the information capability and security level of applications such as the anticounterfeiting and encryption.     

Ka波段圆极化微带阵设计

以谐振式微带多路功分器的理念为基础,通过一个ka波段的设计实例提供了驻波式圆极化微带阵的设计思路,并给出仿真结果.     

圆极化/双极化四喇叭单脉冲馈源设计

阐述了四喇叭圆极化和双极化单脉冲馈源的工作原理和设计方法,设计了一种结构紧凑、性能优良的单脉冲馈源馈电网络,通过仿真优化,在相对带宽12%的频率范围内各器件均达到了较理想的电性能指标。