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基于超表面的高定向性多波束调控器

波束数量和波束指向易控的高定向性辐射在多目标精确跟踪制导、现代智能通讯系统中广受青睐。尤其是具有任意波束指向的多波束笔状高定向天线在许多方面(如卫星直播、多目标雷达、合成孔径雷达、多输入多输出系统以及侦查系统等)有重要应用,因而引发了很多研究。虽然通过使用零折射率和渐变折射率超材料天线获得了很好的高增益笔状波束,但整个辐射系统体积、重量和损耗较大且加工不易、制作成本较高。另外已有方法波束数量、波束指向单一,不能形成复杂的波束操控,集成度低、某种程度上对资源是一种浪费。

各向异性超表面是指不同极化下呈现不同电磁响应的平面人工电磁结构,具有损耗小、易加工和自由度大的等诸多优点,为解决灵活多波束辐射提供了一种新途径。但由于超表面正交极化下单元的相位响应相互串扰较大,使得基于极化操控的多功能器件难于独立调控,性能恶化,给精确设计带来困难。

基于超表面的高定向性多波束调控器


为解决上述难题,复旦大学周磊教授团队的许河秀博士(现为空军工程大学副教授)及合作者巧妙地提出了一种能抑制正交极化串扰的双层单元结构,通过双模结构的外环有效滤除了串扰效应,并率先基于各向异性超表面将类双曲线相位梯度分别与抛物面梯度、线性梯度进行集成,实现了复杂的多功能电磁波束调控,包括聚焦单波束多波束辐射超表面I,波束偏折多波束辐射超表面II。由于多波束合成过程中采用了交替投影优化算法,使得多波束方向图具有很低的副瓣,绝大多数高低角上旁瓣均低于– 20 dB,该方法为高集成度、高稳定性以及低损耗复杂电磁波调控提供了非常有效的途径。相关论文发表在Annalen der Physik DOI: 10.1002/andp.201700045)上。


相关工作发表于 ANNALEN DER PHYSIK 2017529, 1700045,DOI: 10.1002/andp.201700045

作者:He-Xiu Xu*, Shiwei Tang, Xiaohui Ling, Weijie Luo, Lei Zhou*

该项成果的新闻已于2017年7月19日在此微信平台发布,标题为“基于超表面的高定向性多波束调控器”。现应作者要求,更正原新闻中使用的图片,重新发布该项研究成果,特此声明。如给广大读者带来不便,敬请谅解!





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