- 薛正辉;李越;杜彪;刘颜回;
<正>内容导读超材料是指将人造单元结构以特定方式排列而形成的、具有特殊电磁特征的人造结构材料,具有天然材料所不具备的超常物理性质。三维超材料可以用具有同等特性的二维平面结构来代替,也就是超表面。超常的物理特性使得电磁超材料/超表面的应用前景十分广泛,应用范围覆盖工业、
2022年02期 v.52;No.393 173-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 93K] [下载次数：795 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 薛正辉;李越;杜彪;刘颜回;
<正>内容导读超材料是指将人造单元结构以特定方式排列而形成的、具有特殊电磁特征的人造结构材料,具有天然材料所不具备的超常物理性质。三维超材料可以用具有同等特性的二维平面结构来代替,也就是超表面。超常的物理特性使得电磁超材料/超表面的应用前景十分广泛,应用范围覆盖工业、
2022年02期 v.52;No.393 173-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 93K] [下载次数：795 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 陆贵文;李元龙;
半球面法布里-珀罗天线是对传统平面法布里-珀罗天线的一种宽带化改进设计。对半球面法布里-珀罗天线的工作原理进行了介绍,并以开式谐振腔理论为基础讨论了与平面法布里-珀罗天线的差别,详细分析了其带宽拓展的原理。介绍了半球面法布里-珀罗天线进一步优化的方法,讨论了其在不同波段的设计方法和加工工艺。通过总结半球面法布里-珀罗天线的现有应用,展望了其未来的潜在应用领域和研究方向。
2022年02期 v.52;No.393 176-180页 [查看摘要][在线阅读][下载 323K] [下载次数：261 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 陆贵文;李元龙;
半球面法布里-珀罗天线是对传统平面法布里-珀罗天线的一种宽带化改进设计。对半球面法布里-珀罗天线的工作原理进行了介绍,并以开式谐振腔理论为基础讨论了与平面法布里-珀罗天线的差别,详细分析了其带宽拓展的原理。介绍了半球面法布里-珀罗天线进一步优化的方法,讨论了其在不同波段的设计方法和加工工艺。通过总结半球面法布里-珀罗天线的现有应用,展望了其未来的潜在应用领域和研究方向。
2022年02期 v.52;No.393 176-180页 [查看摘要][在线阅读][下载 323K] [下载次数：261 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 王双双;安文星;
提出了一种宽带双极化微带天线,应用于5G(Sub-6)通信和无线通信频段,双极化微带天线加载了周期性结构作为附属,提高了天线的阻抗匹配和增益特性,天线相对带宽分别为63.82%和61.70%。2个端口采用双孔径缝隙耦合和改进型馈电结构,避免了两端口馈线的交叉,实现了35 dB的端口隔离,3.1～6.2 GHz的工作频带完全覆盖5G(Sub-6)通信系统的工作频段且覆盖无线通信频段,对5G移动通信和无线通信的发展具有重要研究意义。
2022年02期 v.52;No.393 181-185页 [查看摘要][在线阅读][下载 418K] [下载次数：454 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 王双双;安文星;
提出了一种宽带双极化微带天线,应用于5G(Sub-6)通信和无线通信频段,双极化微带天线加载了周期性结构作为附属,提高了天线的阻抗匹配和增益特性,天线相对带宽分别为63.82%和61.70%。2个端口采用双孔径缝隙耦合和改进型馈电结构,避免了两端口馈线的交叉,实现了35 dB的端口隔离,3.1～6.2 GHz的工作频带完全覆盖5G(Sub-6)通信系统的工作频段且覆盖无线通信频段,对5G移动通信和无线通信的发展具有重要研究意义。
2022年02期 v.52;No.393 181-185页 [查看摘要][在线阅读][下载 418K] [下载次数：454 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 赵家标;史进科;何翼景;
提出了一种基于阻抗表面加载的紧凑型水平极化全向高增益腔体天线。通过在由5个腔体级联构成的全向天线中央加载深度可调的梳状阻抗表面,可在宽带频率范围内降低天线的谐振频率,即实现天线的小型化。该梳状阻抗表面是由一维周期性亚波长金属线阵列构成,可等效为在天线辐射口径均匀加载的并联电容。仿真结果表明,通过调节阻抗表面的插入深度,天线的尺寸可缩小42.3%。同时,该天线可在整个调节范围内(频率比1∶1.7)保持良好的全向辐射特性(不圆度小于2.5 dB)、阻抗匹配特性■及最大增益为6.8～8.5 dBi,可应用于体积受限的全向无线通信系统。
2022年02期 v.52;No.393 186-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 527K] [下载次数：555 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 赵家标;史进科;何翼景;
提出了一种基于阻抗表面加载的紧凑型水平极化全向高增益腔体天线。通过在由5个腔体级联构成的全向天线中央加载深度可调的梳状阻抗表面,可在宽带频率范围内降低天线的谐振频率,即实现天线的小型化。该梳状阻抗表面是由一维周期性亚波长金属线阵列构成,可等效为在天线辐射口径均匀加载的并联电容。仿真结果表明,通过调节阻抗表面的插入深度,天线的尺寸可缩小42.3%。同时,该天线可在整个调节范围内(频率比1∶1.7)保持良好的全向辐射特性(不圆度小于2.5 dB)、阻抗匹配特性■及最大增益为6.8～8.5 dBi,可应用于体积受限的全向无线通信系统。
2022年02期 v.52;No.393 186-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 527K] [下载次数：555 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 陈建锋;程强;
现代无线通信技术的发展为当代生活带来便利的同时,也对电子器件和天线的设计提出了新的挑战。超材料作为一种由亚波长结构组成的人工材料,因其独特的电磁调控特性受到了广泛关注。近年来,超材料技术已从单纯的理论研究逐步进入工程应用领域。以二维超表面为代表的电磁超材料已在5G通信技术中得到了应用,并投入到正兴起的6G技术研究中。在回顾超材料基本概念和研究方法的基础上,介绍了超材料对传统导波结构电磁器件和天线设计的创新,分析了其在加工制造和电性能等方面的突破,包括加工便利性、结构鲁棒性、传输稳定性以及辐射场自由控制等,展示了超材料技术在新兴领域中具有的应用潜力。
2022年02期 v.52;No.393 192-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 582K] [下载次数：1113 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：1 ] - 陈建锋;程强;
现代无线通信技术的发展为当代生活带来便利的同时,也对电子器件和天线的设计提出了新的挑战。超材料作为一种由亚波长结构组成的人工材料,因其独特的电磁调控特性受到了广泛关注。近年来,超材料技术已从单纯的理论研究逐步进入工程应用领域。以二维超表面为代表的电磁超材料已在5G通信技术中得到了应用,并投入到正兴起的6G技术研究中。在回顾超材料基本概念和研究方法的基础上,介绍了超材料对传统导波结构电磁器件和天线设计的创新,分析了其在加工制造和电性能等方面的突破,包括加工便利性、结构鲁棒性、传输稳定性以及辐射场自由控制等,展示了超材料技术在新兴领域中具有的应用潜力。
2022年02期 v.52;No.393 192-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 582K] [下载次数：1113 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：1 ] - 叶龙芳;王正一;陈仲凯;安国腾;
电磁波的传输和调控是电子学领域的一个研究热点,人工表面等离激元是一项通过在金属表面人工设计亚波长周期结构实现有效控制微波与太赫兹波传输的新技术。近年来,人工表面等离激元波导、电路与天线研究方面已取显著成果,为其在微波与太赫兹集成电路与系统中的应用奠定了基础。鉴于人工表面等离激元技术的重要应用前景,文章简要综述了人工表面等离激元波导、滤波器、频扫漏波天线以及涡旋波天线的若干最新研究进展,为新型人工表面等离激元波导与天线的开发及应用提供了参考。
2022年02期 v.52;No.393 200-208页 [查看摘要][在线阅读][下载 842K] [下载次数：834 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 叶龙芳;王正一;陈仲凯;安国腾;
电磁波的传输和调控是电子学领域的一个研究热点,人工表面等离激元是一项通过在金属表面人工设计亚波长周期结构实现有效控制微波与太赫兹波传输的新技术。近年来,人工表面等离激元波导、电路与天线研究方面已取显著成果,为其在微波与太赫兹集成电路与系统中的应用奠定了基础。鉴于人工表面等离激元技术的重要应用前景,文章简要综述了人工表面等离激元波导、滤波器、频扫漏波天线以及涡旋波天线的若干最新研究进展,为新型人工表面等离激元波导与天线的开发及应用提供了参考。
2022年02期 v.52;No.393 200-208页 [查看摘要][在线阅读][下载 842K] [下载次数：834 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 傅宇峰;王晨;陈平;
提出了一种基于电路相位实现的具有宽带低散射特征和低频传输特性的多功能编码超表面。该超表面上层采用各向同性结构,通过调整几何参数得到2个在高频处为全反射,且反射系数相位差在180°±37°范围内的单元结构,同时,这2个单元在低频都表现为透波特性;下层的频选结构在低频透波窗口频率处具有宽带的带通响应,带外则表现为反射特性。多层结构的超表面单元实现了高频的宽带RCS缩减和低频的高效传输特性。仿真结果表明,该设计在6.51～17.22 GHz具有小于-10 dB的RCS缩减,并且在2.86～3.82 GHz有插损小于1 dB的传输窗口。制备了样品并进行实验验证,实验结果与仿真具有一致性。
2022年02期 v.52;No.393 209-215页 [查看摘要][在线阅读][下载 742K] [下载次数：606 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 傅宇峰;王晨;陈平;
提出了一种基于电路相位实现的具有宽带低散射特征和低频传输特性的多功能编码超表面。该超表面上层采用各向同性结构,通过调整几何参数得到2个在高频处为全反射,且反射系数相位差在180°±37°范围内的单元结构,同时,这2个单元在低频都表现为透波特性;下层的频选结构在低频透波窗口频率处具有宽带的带通响应,带外则表现为反射特性。多层结构的超表面单元实现了高频的宽带RCS缩减和低频的高效传输特性。仿真结果表明,该设计在6.51～17.22 GHz具有小于-10 dB的RCS缩减,并且在2.86～3.82 GHz有插损小于1 dB的传输窗口。制备了样品并进行实验验证,实验结果与仿真具有一致性。
2022年02期 v.52;No.393 209-215页 [查看摘要][在线阅读][下载 742K] [下载次数：606 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 王禹翔;袁乐眙;李金星;吴群;张狂;
设计了一种圆极化手性辅助微波段超表面,根据手性结构的自旋相关响应特点,通过调节单元中圆弧的张角可以独立改变左旋/右旋圆极化波的反射相位,同时反射的同极化波束幅度能维持较高水平。为了证明所提出单元的有效性,分别设计了左右旋波束独立偏转和携带不同拓扑电荷数的涡旋波束2个超表面。仿真结果表明,所提出的单元能够有效对2个正交圆极化波束进行解耦使其独立工作。该方法也可以拓展到其他频率,为电磁波极化复用提供一种新的思路。
2022年02期 v.52;No.393 216-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 478K] [下载次数：279 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：2 ] - 王禹翔;袁乐眙;李金星;吴群;张狂;
设计了一种圆极化手性辅助微波段超表面,根据手性结构的自旋相关响应特点,通过调节单元中圆弧的张角可以独立改变左旋/右旋圆极化波的反射相位,同时反射的同极化波束幅度能维持较高水平。为了证明所提出单元的有效性,分别设计了左右旋波束独立偏转和携带不同拓扑电荷数的涡旋波束2个超表面。仿真结果表明,所提出的单元能够有效对2个正交圆极化波束进行解耦使其独立工作。该方法也可以拓展到其他频率,为电磁波极化复用提供一种新的思路。
2022年02期 v.52;No.393 216-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 478K] [下载次数：279 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：2 ] - 尹丽媛;薛正辉;金城;任武;李伟明;张彬超;吕奇皓;
提出了一种三维的具有双吸收带的频率选择传输(AFST)结构,该结构由嵌有片式电阻器的金属条和平行板波导结构嵌套组成,可以实现吸收-传输-吸收的特性,即在通带两侧各有一个吸收带,且具有每个吸收带包含2个反射零点宽带性能。推导了该结构的等效电路模型研究设计理念,并通过仿真得到了在斜入射情况下性能仍然可以保持稳定的结果,验证了所提出等效电路模型的有效性和所设计的AFST结构的频率选择特性。
2022年02期 v.52;No.393 221-225页 [查看摘要][在线阅读][下载 325K] [下载次数：379 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 尹丽媛;薛正辉;金城;任武;李伟明;张彬超;吕奇皓;
提出了一种三维的具有双吸收带的频率选择传输(AFST)结构,该结构由嵌有片式电阻器的金属条和平行板波导结构嵌套组成,可以实现吸收-传输-吸收的特性,即在通带两侧各有一个吸收带,且具有每个吸收带包含2个反射零点宽带性能。推导了该结构的等效电路模型研究设计理念,并通过仿真得到了在斜入射情况下性能仍然可以保持稳定的结果,验证了所提出等效电路模型的有效性和所设计的AFST结构的频率选择特性。
2022年02期 v.52;No.393 221-225页 [查看摘要][在线阅读][下载 325K] [下载次数：379 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 陈强;郑月军;袁方;丁亮;郭田田;付云起;
提出了一种基于单层透波型阻抗超表面(Transparent Resistive Metasurface, TRM)的电大尺寸天线阵RCS减缩方法。该超表面在垂直极化10 GHz处产生低插损透波窗口,而在其他频点和极化条件下作为有耗阻抗表面,天线阵列在带外频段近似全反射,可以作为接地面实现宽带吸波的RCS减缩。采用国产电磁仿真软件EastWave对"电大尺寸+精细结构"的"天线阵+超表面阵列"进行了全波仿真分析,评估单层透波阻抗超表面对电大尺寸天线阵的RCS减缩及辐射性能的影响。仿真结果表明,在天线阵增益损耗小于1 dB条件下实现同极化下带外频段和交叉极化下全频带的宽带吸波,为大型天线阵隐身设计提供了技术支撑。
2022年02期 v.52;No.393 226-230页 [查看摘要][在线阅读][下载 599K] [下载次数：370 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 陈强;郑月军;袁方;丁亮;郭田田;付云起;
提出了一种基于单层透波型阻抗超表面(Transparent Resistive Metasurface, TRM)的电大尺寸天线阵RCS减缩方法。该超表面在垂直极化10 GHz处产生低插损透波窗口,而在其他频点和极化条件下作为有耗阻抗表面,天线阵列在带外频段近似全反射,可以作为接地面实现宽带吸波的RCS减缩。采用国产电磁仿真软件EastWave对"电大尺寸+精细结构"的"天线阵+超表面阵列"进行了全波仿真分析,评估单层透波阻抗超表面对电大尺寸天线阵的RCS减缩及辐射性能的影响。仿真结果表明,在天线阵增益损耗小于1 dB条件下实现同极化下带外频段和交叉极化下全频带的宽带吸波,为大型天线阵隐身设计提供了技术支撑。
2022年02期 v.52;No.393 226-230页 [查看摘要][在线阅读][下载 599K] [下载次数：370 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 刘洁;李建瀛;杜彪;
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。
2022年02期 v.52;No.393 231-237页 [查看摘要][在线阅读][下载 685K] [下载次数：795 ] |[引用频次：12 ] |[阅读次数：1 ] - 刘洁;李建瀛;杜彪;
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。
2022年02期 v.52;No.393 231-237页 [查看摘要][在线阅读][下载 685K] [下载次数：795 ] |[引用频次：12 ] |[阅读次数：1 ] - 陈东旭;车文荃;杨琬琛;薛泉;
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 λ_0×0.4 λ_0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。
2022年02期 v.52;No.393 238-243页 [查看摘要][在线阅读][下载 545K] [下载次数：652 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：1 ] - 陈东旭;车文荃;杨琬琛;薛泉;
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 λ_0×0.4 λ_0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。
2022年02期 v.52;No.393 238-243页 [查看摘要][在线阅读][下载 545K] [下载次数：652 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：1 ] - 顾怡敏;杨雪霞;
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TM_(10)/TM_(01)和反向TM_(20)/TM_(02)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0.065λ_0(λ_0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|S_(11)|<-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。
2022年02期 v.52;No.393 244-249页 [查看摘要][在线阅读][下载 1047K] [下载次数：760 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：1 ] - 顾怡敏;杨雪霞;
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TM_(10)/TM_(01)和反向TM_(20)/TM_(02)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0.065λ_0(λ_0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|S_(11)|<-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。
2022年02期 v.52;No.393 244-249页 [查看摘要][在线阅读][下载 1047K] [下载次数：760 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：1 ] - 张顺;杨雪松;
将超表面结构作为天线的辐射单元,可以降低天线剖面,拓展其带宽,并改善其辐射性能。特征模分析的方法可以用来揭示超表面天线的小型化机理并提供设计思路。基于此方法,设计了3个小型化的超表面天线,并进行了仿真验证。3个超表面天线的辐射单元尺寸分别减小到0.53λ_0×0.51λ_0,0.50λ_0×0.49λ_0和0.35λ_0×0.29λ_0,与4×4方形贴片单元构成的超表面天线相比,尺寸均缩减了20%以上,实现了超表面天线的小型化。
2022年02期 v.52;No.393 250-255页 [查看摘要][在线阅读][下载 1263K] [下载次数：935 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：2 ] - 张顺;杨雪松;
将超表面结构作为天线的辐射单元,可以降低天线剖面,拓展其带宽,并改善其辐射性能。特征模分析的方法可以用来揭示超表面天线的小型化机理并提供设计思路。基于此方法,设计了3个小型化的超表面天线,并进行了仿真验证。3个超表面天线的辐射单元尺寸分别减小到0.53λ_0×0.51λ_0,0.50λ_0×0.49λ_0和0.35λ_0×0.29λ_0,与4×4方形贴片单元构成的超表面天线相比,尺寸均缩减了20%以上,实现了超表面天线的小型化。
2022年02期 v.52;No.393 250-255页 [查看摘要][在线阅读][下载 1263K] [下载次数：935 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：1 ] - 王瑞;孙精文;李腾;
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。
2022年02期 v.52;No.393 256-262页 [查看摘要][在线阅读][下载 890K] [下载次数：411 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：1 ] - 王瑞;孙精文;李腾;
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。
2022年02期 v.52;No.393 256-262页 [查看摘要][在线阅读][下载 890K] [下载次数：411 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：1 ] - 郭晓斌;李秀萍;齐紫航;朱华;
针对大多数天线无法实现轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)的任意生成和切换的问题,设计并分析了一种基于1-bit可编程超表面,探讨了其在涡旋电磁波的模态可重构方面的应用。基于1-bit相位量化原理,设计了一款极性转化单元,实现入射x极化波反射y极化波。理论分析了涡旋电磁波的辐射及可重构模态性能,并对设计的可编程超表面进行仿真验证。由15×15个单元组成的1-bit反射可编程超表面在11.5～13.5 GHz(16.0%)工作带宽内生成了携带模态l为0,±1,±2的涡旋电磁波,验证了模态可重构性。平面电磁波和涡旋电磁波既可以生成,又可以相互转换,为将来实现具有实时动态控制功能的OAM光束奠定了基础,在无线通信系统中具有良好的应用前景。
2022年02期 v.52;No.393 263-267页 [查看摘要][在线阅读][下载 585K] [下载次数：375 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：1 ] - 郭晓斌;李秀萍;齐紫航;朱华;
针对大多数天线无法实现轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)的任意生成和切换的问题,设计并分析了一种基于1-bit可编程超表面,探讨了其在涡旋电磁波的模态可重构方面的应用。基于1-bit相位量化原理,设计了一款极性转化单元,实现入射x极化波反射y极化波。理论分析了涡旋电磁波的辐射及可重构模态性能,并对设计的可编程超表面进行仿真验证。由15×15个单元组成的1-bit反射可编程超表面在11.5～13.5 GHz(16.0%)工作带宽内生成了携带模态l为0,±1,±2的涡旋电磁波,验证了模态可重构性。平面电磁波和涡旋电磁波既可以生成,又可以相互转换,为将来实现具有实时动态控制功能的OAM光束奠定了基础,在无线通信系统中具有良好的应用前景。
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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。
2022年02期 v.52;No.393 268-273页 [查看摘要][在线阅读][下载 643K] [下载次数：1300 ] |[引用频次：15 ] |[阅读次数：1 ] - 刘桂凤;杜彪;何应然;
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。
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针对传统反射阵天线产生涡旋电磁波存在方向单一、轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)模态单一的问题,设计了一款多波束涡旋电磁波反射阵天线。提出了一款基于旋转单元法的新型宽带圆极化单元,并利用口径场叠加法,获得了单个馈源产生多个涡旋波束的反射阵阵面补偿相位。仿真结果表明,该天线在26.5～32 GHz生成了2个携带模态-1和+1的涡旋波束,OAM带宽和3 dB增益带宽均为18.3%。在工作带宽内,最大增益为18.3 dBic,口径利用效率为10.31%。
2022年02期 v.52;No.393 274-278页 [查看摘要][在线阅读][下载 473K] [下载次数：506 ] |[引用频次：11 ] |[阅读次数：2 ] - 邱靓婕;李秀萍;郭晓斌;齐紫航;朱华;
针对传统反射阵天线产生涡旋电磁波存在方向单一、轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)模态单一的问题,设计了一款多波束涡旋电磁波反射阵天线。提出了一款基于旋转单元法的新型宽带圆极化单元,并利用口径场叠加法,获得了单个馈源产生多个涡旋波束的反射阵阵面补偿相位。仿真结果表明,该天线在26.5～32 GHz生成了2个携带模态-1和+1的涡旋波束,OAM带宽和3 dB增益带宽均为18.3%。在工作带宽内,最大增益为18.3 dBic,口径利用效率为10.31%。
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设计了一种具有极化转换功能的圆极化透射阵天线单元。该单元具有3层结构,包括线极化接收贴片、地板和圆极化辐射贴片,通过旋转圆极化辐射贴片来实现相位补偿。采用该单元设计了一种具有极化转换功能的圆极化透射阵天线,并对其进行了仿真。仿真结果表明,在10 GHz处天线的增益和口径效率达到最高,分别为24 dBi和31%,天线的3 dB增益带宽为9%(9.6～10.5 GHz)。与一般的透射阵天线相比,该透射阵的焦径比仅为0.33,具有剖面低的优点。对该天线进行了加工和测试,测试结果与仿真结果基本吻合。
2022年02期 v.52;No.393 279-284页 [查看摘要][在线阅读][下载 724K] [下载次数：431 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 韩杼滨;齐洋潇;李建瀛;杜彪;
设计了一种具有极化转换功能的圆极化透射阵天线单元。该单元具有3层结构,包括线极化接收贴片、地板和圆极化辐射贴片,通过旋转圆极化辐射贴片来实现相位补偿。采用该单元设计了一种具有极化转换功能的圆极化透射阵天线,并对其进行了仿真。仿真结果表明,在10 GHz处天线的增益和口径效率达到最高,分别为24 dBi和31%,天线的3 dB增益带宽为9%(9.6～10.5 GHz)。与一般的透射阵天线相比,该透射阵的焦径比仅为0.33,具有剖面低的优点。对该天线进行了加工和测试,测试结果与仿真结果基本吻合。
2022年02期 v.52;No.393 279-284页 [查看摘要][在线阅读][下载 724K] [下载次数：431 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 吴林晓;陈克;冯一军;
低副瓣电平能提升天线的抗干扰能力及信号获取能力,而基于超表面技术所设计的透射阵天线具有馈电简单、损耗低、剖面低和无遮挡等应用优势,提出了一种工作于线极化模式下的幅相独立调控超表面,可实现对转极化透射波幅度和相位的独立调控。在此基础上,利用该超表面设计了一款低剖面、低副瓣的透射阵天线。全波仿真分析和实验测试结果吻合,验证了该透射阵天线的良好性能。
2022年02期 v.52;No.393 285-291页 [查看摘要][在线阅读][下载 837K] [下载次数：785 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：1 ] - 吴林晓;陈克;冯一军;
低副瓣电平能提升天线的抗干扰能力及信号获取能力,而基于超表面技术所设计的透射阵天线具有馈电简单、损耗低、剖面低和无遮挡等应用优势,提出了一种工作于线极化模式下的幅相独立调控超表面,可实现对转极化透射波幅度和相位的独立调控。在此基础上,利用该超表面设计了一款低剖面、低副瓣的透射阵天线。全波仿真分析和实验测试结果吻合,验证了该透射阵天线的良好性能。
2022年02期 v.52;No.393 285-291页 [查看摘要][在线阅读][下载 837K] [下载次数：785 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：1 ] - 张哲豪;李梅;张艺曼;丁卓富;唐明春;
提出了一种基于渐变折射率调制超表面的紧凑、宽带化、高定向性端射天线。该天线采用阶梯微带线-槽线结构作为馈线、准八木天线作为馈源、所设计渐变折射率超表面作为寄生结构,既可实现天线带宽拓展,又具有增益提升效果。仿真结果表明,天线可以在紧凑化尺寸情况下(尺寸为0.644λ_0×0.729λ_0×0.017λ_0,λ_0为中心频点所对应的自由空间波长),实现3.66～9.13 GHz频带内的良好阻抗匹配,相对带宽为85.5%,同时,在宽频带范围内,天线的增益浮动在4.78～8.81 dBi,且具有良好稳定的辐射特性。所提出的紧凑、宽带高定向性端射天线可以应用于空间受限的走廊、隧道等平台环境中。
2022年02期 v.52;No.393 292-296页 [查看摘要][在线阅读][下载 544K] [下载次数：329 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：2 ] - 张哲豪;李梅;张艺曼;丁卓富;唐明春;
提出了一种基于渐变折射率调制超表面的紧凑、宽带化、高定向性端射天线。该天线采用阶梯微带线-槽线结构作为馈线、准八木天线作为馈源、所设计渐变折射率超表面作为寄生结构,既可实现天线带宽拓展,又具有增益提升效果。仿真结果表明,天线可以在紧凑化尺寸情况下(尺寸为0.644λ_0×0.729λ_0×0.017λ_0,λ_0为中心频点所对应的自由空间波长),实现3.66～9.13 GHz频带内的良好阻抗匹配,相对带宽为85.5%,同时,在宽频带范围内,天线的增益浮动在4.78～8.81 dBi,且具有良好稳定的辐射特性。所提出的紧凑、宽带高定向性端射天线可以应用于空间受限的走廊、隧道等平台环境中。
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提出了一种与太阳能电池板集成的反射阵天线。用太阳能片底部金属层作为反射阵单元的辐射贴片,使得照射在太阳能电池上的光照不受天线遮挡,实现了最大化的光电转化效率。反射阵单元尺寸为0.4λ_0×0.4λ_0。单元相移范围达到543°。用该单元组成了单元数为15×15的反射阵列天线,阵面口径大小为690 mm×690 mm(6λ_0×6λ_0)。采用标准增益喇叭天线作为反射阵馈源。仿真结果表明,在2.6 GHz反射阵的增益达到22.5 dBi,口径效率为39.5%。
2022年02期 v.52;No.393 297-302页 [查看摘要][在线阅读][下载 880K] [下载次数：374 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 郝轶楠;尹佑甲;曹晓伟;邓长江;
提出了一种与太阳能电池板集成的反射阵天线。用太阳能片底部金属层作为反射阵单元的辐射贴片,使得照射在太阳能电池上的光照不受天线遮挡,实现了最大化的光电转化效率。反射阵单元尺寸为0.4λ_0×0.4λ_0。单元相移范围达到543°。用该单元组成了单元数为15×15的反射阵列天线,阵面口径大小为690 mm×690 mm(6λ_0×6λ_0)。采用标准增益喇叭天线作为反射阵馈源。仿真结果表明,在2.6 GHz反射阵的增益达到22.5 dBi,口径效率为39.5%。
2022年02期 v.52;No.393 297-302页 [查看摘要][在线阅读][下载 880K] [下载次数：374 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 曹元熙;李建星;闫森;
提出了一种基于电调可重构超表面的低成本相控阵天线。该天线结构由天线底部的抛物线反射面馈电网络、上层的波导缝隙阵列及在波导中加载的电调超表面3部分组成,通过抛物线反射面将馈源在天线下层平板波导中产生的柱面波转换为平面波并用来激励天线上层的波导缝隙阵列。为了实现低成本的波束扫描,在每条独立的波导缝隙天线前端加载了具有360°相位调制能力的电调超表面。通过改变变容二极管上的偏置电压的大小可改变超表面的透射相位,实现连续的波束扫描能力。该天线可实现±30°的连续波束扫描,最大副瓣电平值为-13 dB,增益变化为-2 dB。该天线的低成本、高效率的波束扫描特性使其非常适合应用在一些低成本的雷达及通信系统中。
2022年02期 v.52;No.393 303-308页 [查看摘要][在线阅读][下载 610K] [下载次数：479 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 曹元熙;李建星;闫森;
提出了一种基于电调可重构超表面的低成本相控阵天线。该天线结构由天线底部的抛物线反射面馈电网络、上层的波导缝隙阵列及在波导中加载的电调超表面3部分组成,通过抛物线反射面将馈源在天线下层平板波导中产生的柱面波转换为平面波并用来激励天线上层的波导缝隙阵列。为了实现低成本的波束扫描,在每条独立的波导缝隙天线前端加载了具有360°相位调制能力的电调超表面。通过改变变容二极管上的偏置电压的大小可改变超表面的透射相位,实现连续的波束扫描能力。该天线可实现±30°的连续波束扫描,最大副瓣电平值为-13 dB,增益变化为-2 dB。该天线的低成本、高效率的波束扫描特性使其非常适合应用在一些低成本的雷达及通信系统中。
2022年02期 v.52;No.393 303-308页 [查看摘要][在线阅读][下载 610K] [下载次数：479 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 何应然;张文静;杜彪;张治强;
提出了一种基于电磁超表面的宽角扫描相控阵天线设计。其工作频率为19.6～21.2 GHz,扫描角度为二维±60°,相控阵天线单元为介质加载的波导口形式。为改善该相控阵的宽角匹配和辐射特性,用基于PCB工艺的电磁超表面替换常规的介质锥匹配结构。相控阵天线单元的仿真结果表明,超表面相控阵天线的有源反射系数更低。小规模阵列辐射特性的仿真结果表明,在±60°扫描角度范围内,超表面相控阵的最低增益相比常规相控阵提升了0.6 dB。中等规模阵列辐射特性的实测结果表明,常规相控阵在0°方位面扫描到60°时,辐射方向图会发生较大变形,天线辐射增益明显下降,而超表面相控阵的方向图仍保持完好,天线增益下降明显改善。上述仿真和实测结果证明,电磁超表面技术在改善相控阵天线宽角扫描特性方面可以发挥重要作用。
2022年02期 v.52;No.393 309-316页 [查看摘要][在线阅读][下载 1116K] [下载次数：903 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：1 ] - 何应然;张文静;杜彪;张治强;
提出了一种基于电磁超表面的宽角扫描相控阵天线设计。其工作频率为19.6～21.2 GHz,扫描角度为二维±60°,相控阵天线单元为介质加载的波导口形式。为改善该相控阵的宽角匹配和辐射特性,用基于PCB工艺的电磁超表面替换常规的介质锥匹配结构。相控阵天线单元的仿真结果表明,超表面相控阵天线的有源反射系数更低。小规模阵列辐射特性的仿真结果表明,在±60°扫描角度范围内,超表面相控阵的最低增益相比常规相控阵提升了0.6 dB。中等规模阵列辐射特性的实测结果表明,常规相控阵在0°方位面扫描到60°时,辐射方向图会发生较大变形,天线辐射增益明显下降,而超表面相控阵的方向图仍保持完好,天线增益下降明显改善。上述仿真和实测结果证明,电磁超表面技术在改善相控阵天线宽角扫描特性方面可以发挥重要作用。
2022年02期 v.52;No.393 309-316页 [查看摘要][在线阅读][下载 1116K] [下载次数：903 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：2 ] - 李靖豪;杨琬琛;周晨昱;薛泉;文岐业;车文荃;
对二氧化钒(VO_2)薄膜的相变调控特性及方法进行了理论分析和实验探索。采用电激励方式研究了不同电极对相变程度的影响,发现电极尺寸和形状与绝缘状态下电阻的变化密切相关,从而影响相变程度。此外,相变程度也受不同调控方式的影响,可以用焦耳热原理解释。进一步将VO_2薄膜与超表面结构相结合,设计实现了大范围频率可重构的超表面天线。相比传统开关,VO_2薄膜在毫米波频段具有隔离度高、损耗低的优势,可为进一步研制高性能可调器件和天线提供重要的技术指导。
2022年02期 v.52;No.393 317-325页 [查看摘要][在线阅读][下载 878K] [下载次数：673 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：1 ] - 李靖豪;杨琬琛;周晨昱;薛泉;文岐业;车文荃;
对二氧化钒(VO_2)薄膜的相变调控特性及方法进行了理论分析和实验探索。采用电激励方式研究了不同电极对相变程度的影响,发现电极尺寸和形状与绝缘状态下电阻的变化密切相关,从而影响相变程度。此外,相变程度也受不同调控方式的影响,可以用焦耳热原理解释。进一步将VO_2薄膜与超表面结构相结合,设计实现了大范围频率可重构的超表面天线。相比传统开关,VO_2薄膜在毫米波频段具有隔离度高、损耗低的优势,可为进一步研制高性能可调器件和天线提供重要的技术指导。
2022年02期 v.52;No.393 317-325页 [查看摘要][在线阅读][下载 878K] [下载次数：673 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：3 ] - 张莹;左乐;李洋;何清明;
提出了一种适用于双频反射阵的波束扫描方法,采用固定馈源仅通过旋转反射阵面实现了双频反射阵的波束扫描。定量对旋转前后的反射阵口面相位分布进行了理论分析,推导出波束扫描角与阵面旋转角的解析关系,揭示了该方法的宽带特性。采用反射阵阵列理论进行验证,在此基础上,设计了一款工作于1.575和2.4 GHz的双频扫描反射阵,并最终在60°空域范围内获得了较好的双频扫描特性,验证了设计方法的有效性。
2022年02期 v.52;No.393 326-332页 [查看摘要][在线阅读][下载 884K] [下载次数：117 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 张莹;左乐;李洋;何清明;
提出了一种适用于双频反射阵的波束扫描方法,采用固定馈源仅通过旋转反射阵面实现了双频反射阵的波束扫描。定量对旋转前后的反射阵口面相位分布进行了理论分析,推导出波束扫描角与阵面旋转角的解析关系,揭示了该方法的宽带特性。采用反射阵阵列理论进行验证,在此基础上,设计了一款工作于1.575和2.4 GHz的双频扫描反射阵,并最终在60°空域范围内获得了较好的双频扫描特性,验证了设计方法的有效性。
2022年02期 v.52;No.393 326-332页 [查看摘要][在线阅读][下载 884K] [下载次数：117 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] 下载本期数据