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强激光与粒子束 2021年第4期33卷 22-28页

作者：王思豪廖成尚玉平张润午西南交通大学电磁场与微波技术研究所成都610031

提出了一种使用散射方向图的动态可重构以实现雷达散射截面增强的捷变设计方法。结合变容二极管加载,使用具有嵌入式偏置回路的物理单元,所提出的有源超表面可以在具有梯度电压的外加直流偏置下,对平面电磁波的正入射或斜入射产生可电... 详细信息

提出了一种使用散射方向图的动态可重构以实现雷达散射截面增强的捷变设计方法。结合变容二极管加载,使用具有嵌入式偏置回路的物理单元,所提出的有源超表面可以在具有梯度电压的外加直流偏置下,对平面电磁波的正入射或斜入射产生可电调的反射系数相位分布,以达到对反射波角度的灵活重定向,进而有助于单站或双站雷达散射截面增强的捷变效果。以导电平板为例,对三种不同的入射反射场景进行了计算与全波仿真,在设计频率10 GHz处,所提出的设计产生了可重构的散射方向图,表明了该设计对反射波角度的实时控制,并结合实验测量验证了单站与双站雷达散射截面的有效增强结果。

关键词：后向散射双站散射有源超表面方向图重构

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基于有源超表面的低剖面双波束偏转天线

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桂林电子科技大学学报 2024年第4期44卷 372-379页

作者：秦红梅盛丽丽罗玉梅曹卫平桂林电子科技大学广西无线宽带通信与信号处理重点实验室广西桂林541004 桂林航天工业学院电子信息与自动化学院广西桂林541004 桂林电子科技大学广西电子信息材料构效关系重点实验室广西桂林541004

针对传统的波束控制天线剖面高、成本高以及馈电网络复杂的问题,提出了一种基于有源超表面的低剖面双波束偏转天线设计方案。天线由“E”型双波束馈源天线和“7×6”透射型超表面组成。基于电流反转机制,在每个超表面单元上集成2个PIN... 详细信息

针对传统的波束控制天线剖面高、成本高以及馈电网络复杂的问题,提出了一种基于有源超表面的低剖面双波束偏转天线设计方案。天线由“E”型双波束馈源天线和“7×6”透射型超表面组成。基于电流反转机制,在每个超表面单元上集成2个PIN二极管,实现了1-bit相位分辨率。结合相位补偿定理与远场辐射公式,对超表面单元进行组阵编码,以实现波束调控的性能。该天线的剖面仅为0.162λ0,明显低于其他波束偏转天线。通过设计超表面的偏置网络,实现了天线的双波束偏转。为了验证该方案,对天线进行加工测试。实测结果表明,在工作频率5.47GHz处,双波束的主辐射方向可分别从(ϴ,Φ)=(30°,45°)、(-30°,-41°)偏转到(ϴ,Φ)=(30°,-45°)、(-30°,41°),增益高于8.9 dBi,实测结果与仿真结果具有较好的一致性。所提出的波束控制天线架构为实现低剖面、可调控的多波束天线提供了一种候选方案。

关键词：有源超表面双波束低剖面波束偏转透射型

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无源及有源电磁编码超表面设计与应用

无源及有源电磁编码超表面设计与应用

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作者：陈茂东南大学

学位级别：硕士

超表面的出现给电磁波调控提供了简单而有效的手段。近年来,数字编码电磁表面的研究得到了快速发展。通过在电磁单元中加载有源器件,电磁波的动态实时调控成为了可能,在微波工程中具有广阔的应用前景。本论文针对数字编码电磁超表面的... 详细信息

超表面的出现给电磁波调控提供了简单而有效的手段。近年来,数字编码电磁表面的研究得到了快速发展。通过在电磁单元中加载有源器件,电磁波的动态实时调控成为了可能,在微波工程中具有广阔的应用前景。本论文针对数字编码电磁超表面的应用进行了研究,主要工作内容包括以下几个方面:1.提出了一款透射式极化转换的编码超表面,通过改变超表面单元中的传输线长度可有效的调整传输相位,且透射损耗小。进而通过改变超表面中单元的排布方式,实现了不同拓扑荷数OAM波束的生成。2.设计了一款新型反射/透射独立调控的多层有源编码超表面。通过调整不同层上的有源器件,可分别切换为反射型和透射型工作模式。且反射/透射相位具有两种相位状态,可实现1比特相位编码。3.设计了一款具有极化转换功能的反射式有源编码超表面。通过控制二极管状态,在线极化波或圆极化波的照射下,该表面都能在X波段内将入射波高效的转换为交叉极化反射波。与传统的单极化有源极化转换器相比,适用性更好。

关键词：编码超表面有源超表面极化转换

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光控电磁超材料研究进展

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雷达学报 2021年第2期10卷 240-258页

作者：柏林张信歌蒋卫祥崔铁军东南大学信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室

电磁超材料是由亚波长尺寸单元周期或非周期排列组成的人工结构,能对电磁波的频率、幅度、相位和极化等基本物理特征进行调控,突破了传统材料的限制,可实现很多自然界不存在的有趣物理现象及应用。过去二十余年,超材料因其强大的电磁调... 详细信息

电磁超材料是由亚波长尺寸单元周期或非周期排列组成的人工结构,能对电磁波的频率、幅度、相位和极化等基本物理特征进行调控,突破了传统材料的限制,可实现很多自然界不存在的有趣物理现象及应用。过去二十余年,超材料因其强大的电磁调控能力一直是物理领域的研究热点。但无源超材料在电磁波调控中存在局限性,如工作频率固定、实现功能单一等。所以,可调有源超材料越来越受关注。通过引入有源元器件,超材料的功能可通过外部激励信号进行动态调控,在实际应用中具有重要意义。目前常用的控制方式包括电控、温控、光控和机械控制等,其中光控具有可远程调控、无接触式控制、调制速度快以及结构简单等优点。该文概述了近年来光控电磁超材料的研究进展,从直流、微波、太赫兹和光频段4种不同频段分别介绍现有光控超材料和超表面的工作,重点介绍其工作机制和应用场景,并对这一快速发展领域进行总结和展望。

关键词：电磁超材料有源超表面光调控电磁波调控动态功能

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可重构超表面的设计及应用

可重构超表面的设计及应用

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作者：周泽鹏西安电子科技大学

学位级别：硕士

自从超材料的概念被提出以来,就受到了各国各领域的广泛关注,如今超材料的研究集中于实现单个维度的独立调控,即分别对电磁波的极化、相位、幅度等属性进行独立调控。但是单维度超材料可调控自由度少,只能对电磁波进行部分调控,实际应... 详细信息

自从超材料的概念被提出以来,就受到了各国各领域的广泛关注,如今超材料的研究集中于实现单个维度的独立调控,即分别对电磁波的极化、相位、幅度等属性进行独立调控。但是单维度超材料可调控自由度少,只能对电磁波进行部分调控,实际应用限制条件很多。随着对超表面技术的不断深入研究,仅对电磁波的一个维度单独调控已经不足以满足日益复杂的实际应用,越来越多的研究集中在使用超材料进行多维控制上,即通过对超表面的合理设计,实现利用超表面来对电磁场的两种或更多性质的调控,进而实现利用单个的超表面来适应多种应用需求。因此多维度可重构超表面具有十分重要的应用场景和发展空间。本文重点研究了多维可重构超材料的设计,并将可重构超材料应用到天线设计方面,主要内容如下:1、设计了一款X波段多维度可重构有源超表面。首先设计了一种1-bit编码极化可重构的超表面单元,在8-12GHz带宽范围内,通过切换不同的电压序列,单元在状态0和状态1的情况下,同极化反射波幅度小于-10d B,极化转换率大于92%,两状态的交叉极化反射相位差为180°;另一方面,在8-12GHz带宽范围内,通过切换不同的电压序列,单元在状态2和状态3的情况下,同极化反射波幅度大于-2d B,两状态的同极化反射相位差为180°±30°。其后对10×10规模大小的超表面的性能进行了仿真研究,其中包括RCS减缩能力、同极化波束扫描能力和交叉极化波束扫描能力。结果表明在8-12GHz范围内,同极化和交叉极化扫描角度为±30°,RCS减缩量达到10d B。最后为了验证多维度可重构有源超表面仿真结果的正确性,加工了一款16×16规模的超表面,控制电路部分采用单片机控制电路通过串口程序对超表面单元上的电压进行调控,测试结果表明,多维度可重构超表面在8-12GHz实现了双极化±30°的波束扫描和10d B以上的RCS减缩效果。2、设计了一种缝隙式频率可重构天线,并设计了一款透射型线-圆转换超表面,将其加载到频率可重构天线上,实现了天线不同工作频率圆极化辐射的功能。缝隙式频率可重构天线在4-8GHz带宽范围内,通过切换天线缝隙上加载的PIN二极管的开关状态,能够做到在保证方向图基本不变的基础上,在4-8GHz范围内3个典型频点的快速切换。对其设计进行了仿真分析,结果表明,在4-8GHz范围内,实现了预定的频率可重构功能。为了验证加载超表面结构的缝隙式频率可重构天线的仿真结果的正确性,对透射型线-圆转换超表面进行了加工测试,测试结果表明,天线实现了在4-8GHz范围内的频率可重构和圆极化辐射的功能。3、设计了一款加载超材料的低剖面极化和频率可重构天线。不同于以往将超材料作为天线的反射体的形式,将超材料结构作为天线的辐射体加载到缝隙可重构天线上,从而实现了通过切换的不同电压序列,在2-4GHz带宽范围内,天线可以实现极化和频率可重构效果。通过仿真分析结果表明,天线可以在3.25GHz、3.88GHz时,实现了辐射圆极化波的频率可重构功能;在2.08GHz、3.15GHz、3.66GHz实现了辐射线极化波的频率可重构功能。为了验证加载超表面天线的仿真结果正确性,对天线进行了加工测试,测试结果与仿真结果基本吻合。

关键词：可重构超表面有源超表面频率可重构极化可重构相位可重构

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