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编码超表面远场散射波束调控设计

电波科学学报 2020年第3期35卷 437-442页

作者：郝宏刚张婷李江罗伟重庆邮电大学重庆400065

针对编码超表面远场散射波束的调控,在对相互正交方向的序列进行设计的基础上,利用加法规则,可快速得到超表面的编码序列.加法规则的利用,可减少编码个数,降低设计难度,方便实现对超表面远场散射波束的设计.论文采用金属小棒结构作为超... 详细信息

针对编码超表面远场散射波束的调控,在对相互正交方向的序列进行设计的基础上,利用加法规则,可快速得到超表面的编码序列.加法规则的利用,可减少编码个数,降低设计难度,方便实现对超表面远场散射波束的设计.论文采用金属小棒结构作为超表面单元,进行了实例分析.结果表明,提出的编码序列设计方法,可以有效融合两个正交方向编码序列的散射特性,灵活调控超表面上半空间的散射场.研究方案在通信和雷达等领域具有广泛的应用前景.

关键词：编码超表面加法规则波束调控分束远场散射

基于VO_(2)的太赫兹各向异性编码超表面

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物理学报 2023年第12期72卷 130-138页

作者：汪静丽杨志雄董先超尹亮万洪丹陈鹤鸣钟凯南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院南京210023 南京邮电大学贝尔英才学院南京210023 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

设计了一种3层结构的太赫兹编码超表面,其顶部是嵌入VO_(2)的金属十字架结构,中间是聚酰亚胺,底部为纯金属.利用该编码超表面的各向异性特点,可以实现对正交极化波(x极化波和y极化波)的独立调控;通过在编码超表面中引入VO_(2)材料,改变... 详细信息

设计了一种3层结构的太赫兹编码超表面,其顶部是嵌入VO_(2)的金属十字架结构,中间是聚酰亚胺,底部为纯金属.利用该编码超表面的各向异性特点,可以实现对正交极化波(x极化波和y极化波)的独立调控;通过在编码超表面中引入VO_(2)材料,改变其相变状态,可进一步增加调控的灵活性.对设计的超表面进行建模仿真和分析,结果表明:对于垂直入射的1 THz正交极化波,VO_(2)处于绝缘态时,设计的超表面可视为2 bit的各向异性编码超表面,产生模式为1和2的涡旋波;VO_(2)处于金属态时,设计的超表面可视为1 bit的各向异性编码超表面,产生对称的2束反射波和4束反射波.所提出的各向异性和相变材料结合的方法,实现了同一超表面上产生多种不同形式太赫兹波束的功能,一定程度上解决了超表面调控太赫兹波形式单一的问题,为实现能够灵活应用于多种场景的多功能编码超表面提供了参考.

关键词：太赫兹编码超表面 VO_(2) 各向异性

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基于二氧化钒的太赫兹双频多功能编码超表面

物理学报 2023年第9期72卷 318-327页

作者：汪静丽董先超尹亮杨志雄万洪丹陈鹤鸣钟凯南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院南京210023 南京邮电大学贝尔英才学院南京210023 天津大学精密仪器与光电子工程学院教育部光电信息技术重点实验室天津300072

提出了一种基于二氧化钒且工作频段可切换的太赫兹编码超表面.该编码超表面由金属-二氧化钒复合层、聚酰亚胺介质层、金属反射层构成,主要通过对顶层双裂环谐振器和十字结构的参数进行设计,获得其所需的性能;而二氧化钒材料的引入,巧妙... 详细信息

提出了一种基于二氧化钒且工作频段可切换的太赫兹编码超表面.该编码超表面由金属-二氧化钒复合层、聚酰亚胺介质层、金属反射层构成,主要通过对顶层双裂环谐振器和十字结构的参数进行设计,获得其所需的性能;而二氧化钒材料的引入,巧妙地使其可工作于双频点,进而实现不同功能的切换.仿真结果表明:当二氧化钒处于绝缘态时,在f1=0.34 THz的圆极化波垂直入射下,设计的编码超表面可以视为3-bit Pancharatnam-Berry相位编码超表面,通过对单元中双裂环谐振器设计卷积编码序列,使该编码超表面具有以特定角度出射拓扑荷数l=±1涡旋波束的功能;当二氧化钒处于金属态时,在f2=0.74 THz的正交线极化波垂直入射下,设计的编码超表面可以视为2-bit各向异性编码超表面,通过对单元中十字结构分别设计随机编码序列和棋盘格编码序列,使该编码超表面具有雷达散射截面缩减和波束分束的功能.其可为太赫兹电磁超材料多功能器件的设计提供一定的参考.

关键词：太赫兹编码超表面二氧化钒多功能

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基于二氧化钒的太赫兹编码超表面

物理学报 2020年第22期69卷 379-387页

作者：李佳辉张雅婷李吉宁李杰李继涛郑程龙杨悦黄进马珍珍马承启郝璇若姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072

由于受电子器件尺寸和加工技术的限制,在太赫兹波段很少有主动调控的编码超表面.为了提高太赫兹编码超表面的灵活性,本文选择相变材料二氧化钒进行主动调控.分析了二氧化钒相变前(绝缘态)和相变后(金属态)两种态对单元结构幅值和相位的... 详细信息

由于受电子器件尺寸和加工技术的限制,在太赫兹波段很少有主动调控的编码超表面.为了提高太赫兹编码超表面的灵活性,本文选择相变材料二氧化钒进行主动调控.分析了二氧化钒相变前(绝缘态)和相变后(金属态)两种态对单元结构幅值和相位的影响,设计出一种能够主动调控的基于二氧化钒的1 bit太赫兹编码超表面,该结构由二氧化钒、聚酰亚胺和铝构成,不仅可以实现编码超表面调节电磁波波束的基本功能,而且对于同一编码序列还能通过温控二氧化钒在1.1 THz实现两种远场波束的切换,同样对于同一编码序列也能通过温控在1.1 THz实现两种近场聚焦焦点的切换.这种基于二氧化钒对相位的影响而设计的编码超表面为灵活调控太赫兹波提供一种新的途径,将在太赫兹传输、成像和通信等方面有着重大的应用前景.

关键词：二氧化钒太赫兹编码超表面

基于几何相位的太赫兹编码超表面反射器研制与测试

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物理学报 2023年第24期72卷 322-331页

作者：姜在超宫正钟芸襄崔彬邹斌杨玉平中央民族大学理学院北京100081 光子系统工程软件教育部工程研究中心北京100081

基于几何相位的编码超表面对太赫兹(THz)波的偏振状态进行多维度、多自由度调控,具有重要的应用前景.本文提出了一种由反“S”形状的金属图案编码粒子构建的超表面,垂直入射情况下,在0.50—1.80 THz范围内的太赫兹波振幅反射率高于80%;... 详细信息

基于几何相位的编码超表面对太赫兹(THz)波的偏振状态进行多维度、多自由度调控,具有重要的应用前景.本文提出了一种由反“S”形状的金属图案编码粒子构建的超表面,垂直入射情况下,在0.50—1.80 THz范围内的太赫兹波振幅反射率高于80%;结合Pancharatnam-Berry几何相位理论,通过旋转所设计单元的角度,获得8种编码粒子,设计了3种不同序列排布的1-bit,2-bit和3-bit编码超表面,并操控反射THz波分别产生不同角度的分束和偏折.此外,采用正入射和变角度的THz时域光谱仪分别对各个编码子单元结构阵列的反射特性(包括振幅反射率、相位、相位覆盖范围等)和设计的2-bit超表面的角度偏折现象进行测试;对比理论数值、模拟结果和实验结果,分析理论数值和实验数值之间存在偏差的原因,对满足实际需求的超表面逆向设计具有一定的借鉴意义.

关键词：太赫兹波 Pancharatnam-Berry相位编码超表面操控

基于双极化编码超表面生成的双模式轨道角动量

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物理学报 2023年第14期72卷 254-262页

作者：韩俊杰钱思贤朱传名黄志祥任信钢程光尚安徽大学电子信息工程学院合肥230601 安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室合肥230601

本文提出了一个超薄的4-bit双极化编码超表面,通过正交线极化波的独立操控来实现双模式涡旋波束的生成.提出的超表面从顶至下依次由“H”形的金属贴片、介质基板层和金属接地层组成.为了证明所提出的概念,设计并制造了一个编码超表面.... 详细信息

本文提出了一个超薄的4-bit双极化编码超表面,通过正交线极化波的独立操控来实现双模式涡旋波束的生成.提出的超表面从顶至下依次由“H”形的金属贴片、介质基板层和金属接地层组成.为了证明所提出的概念,设计并制造了一个编码超表面.制造的编码超表面,在正交线极化波的入射下被设计为携带不同拓扑荷的涡旋波束,工作中心频率为24.0 GHz.实验测试结果表明,理论设计与仿真结果吻合,从而证实了所提出的4-bit双极化编码超表面具有生成双模式涡旋波束的能力.这种超薄双模式涡旋生成器有着广泛的应用前景,特别是在图像和微波领域的无线通信系统中.

关键词：双极化涡旋波束编码超表面

基于编码超表面的太赫兹宽频段雷达散射截面缩减的研究

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物理学报 2015年第15期64卷 455-462页

作者：闫昕梁兰菊张雅婷丁欣姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 枣庄学院光电工程学院枣庄277160

本文设计了一种柔性,非定向低散射的1bit编码超表面,实现了太赫兹宽频带雷达散射截面的缩减.这种设计基于对"0"和"1"两种基本单元进行编码,其反射相位差在很宽的频段范围内接近180?,为一种非周期的排列方式,该电磁超表面使入射的电磁波... 详细信息

本文设计了一种柔性,非定向低散射的1bit编码超表面,实现了太赫兹宽频带雷达散射截面的缩减.这种设计基于对"0"和"1"两种基本单元进行编码,其反射相位差在很宽的频段范围内接近180?,为一种非周期的排列方式,该电磁超表面使入射的电磁波发生漫反射,从而实现雷达散射截面的缩减.全波仿真结果表明,在垂直入射条件下,编码超表面的镜像反射率低于-10 d B的带宽频段范围为1.0—1.4 THz,该带宽内超表面相对同尺寸金属板可将雷达散射截面所减量达到10 d B以上,最大缩减量达到19 d B.把柔性编码表面弯曲在直径为4 mm的金属圆柱面上,雷达散射截面的所减量高于10 d B以上的带宽频段范围为0.9—1.2 THz,仍然可实现宽频带缩减特性.总之,编码超表面为调控太赫兹波提供一种新的途径,将在雷达隐身、成像、宽带通信等方面具有重要的意义.

关键词：编码超表面非定向散射雷达散射截面太赫兹

基于遗传算法的太赫兹多功能可重构狄拉克半金属编码超表面

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物理学报 2024年第14期73卷 107-120页

作者：栾迦淇张亚杰陈羽郜定山李培丽李嘉琦李佳琪南京邮电大学电子与光学工程学院南京210023 华中科技大学武汉光电国家研究中心武汉430074

多功能可重构超表面能够满足对器件小型化、集成化、适用于多场景应用的需求,是近几年的研究热点之一.本文采用狄拉克半金属作为可控材料,提出了一种太赫兹多功能可重构编码超表面.首先设计了一种顶部由狄拉克半金属材料构成的“回”字... 详细信息

多功能可重构超表面能够满足对器件小型化、集成化、适用于多场景应用的需求,是近几年的研究热点之一.本文采用狄拉克半金属作为可控材料,提出了一种太赫兹多功能可重构编码超表面.首先设计了一种顶部由狄拉克半金属材料构成的“回”字形结构的三层太赫兹编码超表面单元,利用外加偏置电压动态调节狄拉克半金属介电常数,使超表面单元在1.95 THz处实现2 bit编码.然后基于设计的编码超表面单元结构,利用遗传算法对编码超表面的阵列排布进行逆向设计,从而实现波束赋形、涡旋波束产生及雷达散射截面缩减等功能.研究结果表明,针对波束赋形,在1.95 THz处可以实现俯仰角在40°范围内、方位角在360°范围内任意角度的单波束与多波束反射,并且多波束中的各个波束的俯仰角和方位角都可以单独调控,提高了对太赫兹波束调控的灵活性;针对涡旋波束,可以产生拓扑电荷数为l=±1,l=±2的单涡旋波束,并且可以实现俯仰角在30°范围内、方位角在360°范围内任意角度的单涡旋波束与多涡旋波束调控;此外,在1.72—2.51 THz范围内可以实现大于10 dB的雷达散射截面缩减.因此,提出的狄拉克半金属编码超表面可以实现多种功能,且性能优良,在通信网络、天线和雷达系统等领域具有一定的应用前景.

关键词：狄拉克半金属遗传算法编码超表面多功能可重构

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基于编码超表面的三维孔径编码成像研究

北京理工大学学报 2022年第9期42卷 947-952页

作者：王婷尹翔宇马旭辉张润泽北京理工大学机电学院北京100081

针对雷达系统在微波频段对静止目标成像分辨率低的问题,基于超材料和孔径编码成像体制设计了一套三维成像系统,同时提出了一种三维成像的优化算法.系统将立体目标所在场景划分为4个成像平面上的成像网格,利用编码超表面在不同编码时辐... 详细信息

针对雷达系统在微波频段对静止目标成像分辨率低的问题,基于超材料和孔径编码成像体制设计了一套三维成像系统,同时提出了一种三维成像的优化算法.系统将立体目标所在场景划分为4个成像平面上的成像网格,利用编码超表面在不同编码时辐射特性的不相关性构造测量矩阵,实现了在Ka波段对静止目标的高分辨成像.仿真结果表明,此成像系统能够对2 m距离内的静止目标实现准确重构,方位向分辨率为20 cm,距离向分辨率为10 cm.

关键词：编码超表面压缩感知孔径编码成像三维成像