手性超材料圆极化波吸收特性研究进展

基于亚波长单元结构的人工电磁超材料具有优异的电磁/光学特性,如负折射率、超分辨率以及极化转化等,使得超材料研究成为近年量子通信、纳米光学、材料科学、能源探测等领域的前沿研究方向,其中以手性超材料的研究尤为突出。手性超材料是指与其镜像不具有几何对称性,且不可通过旋转或平移等任意操作使其与镜像重合的一种新型电磁超材料。超材料的深入研究,极大地丰富了手性结构的建模,为许多隐晦物理现象和理论分析的研究提供了更多有效的方法。手性超材料所具备的超强光学活性、圆二色性以及不对称传输等独特的电磁/光学特性,也为电磁学、物理学、材料科学、光学、声学、纳米科学以及信息科学等领域提供了全新的研究方向。手性是手性分子的一种固有特征,也是生命体征的一种表现,在有机世界中普遍存在,诸如蛋白质、DNA、糖分子、病毒、氨基酸和液晶体等分子。然而在自然界中,手性结构十分有限,有关建模和理论分析仅停留在原始结构的表征。目前,手性超材料的研究正逐步从微波段扩展至太赫兹、红外波段,甚至光波段。基于手性微结构的电磁超材料的实现很大程度上取决于单元结构尺寸和周期阵列排布,因此吸收带宽仍然局限于较窄的频率范围,且对左旋圆极化波(LCP)和右旋圆极化波(RCP)的识别(选择性吸收)能力较弱。随着对手性超材料的进一步研究,微波频段的差异化吸收率逐步提高到90%以上,但在高频段差异化的吸收率仍然较低。此外,随着微纳技术和纳米技术的发展,利用包括半导体材料、相变材料、高电阻/电感/电容薄膜、石墨烯在内的新型功能材料,以及结合集总元件的匹配电路控制,为实现红外、可见光波段的吸波器提供了研究空间。本文介绍了手性超材料对圆极化波的吸收原理,着重阐述了内在手性结构、外在手性结构以及与包括半导体材料、石墨烯等其他新型功能材料相结合的手性超材料吸收光谱的研究进展。这种基于人工电磁微结构的手性吸波特性可应用于极化转化器、电磁能量收集器、红外成像等电磁/光学器件设计中。     

一种可调式自相移印制四臂螺旋天线

船载海事卫星(INMARSAT)通信天线波束宽度较窄,且在风浪下船体摇晃难以与低仰角处卫星进行通信。提出一种带有开槽巴伦的可调式自相移四臂螺旋天线,避免了馈电网络造成的横向面积过大等问题。天线长振子臂长度可微调,结合调整开槽巴伦上的移动环,可以局部改变天线通信频带。通过基于有限元算法的HFSS仿真和实验,得出该天线具有宽波束特性,3 dB 波瓣宽度约为165°。另外,可以实现左右圆极化互相转换,在较宽的角度下,天线轴比低于6 dB。该天线既可以作为海事卫星通信天线,又可以作为北斗、GPS 导航天线和测浪高所用的左旋圆极化天线。     

北斗一代卫星导航终端高隔离度微带天线

设计了一款应用于北斗一代卫星导航终端的收发双端口高隔离度圆极化微带天线。天线采用单层嵌套结构并在贴片上切角实现双频双圆极化辐射,通过在收发两端口间加载探针短路墙提高天线两端口间隔离度。仿真与测试结果表明,该天线两端口分别工作于北斗导航系统的发射频段BD1-L(中心工作频率1 616 MHz)和接收频段BD1-S(中心工作频率2 492 MHz),收发两端口间隔离度|S_(12)|在BD1-S接收频段大于35 d B。     

惠更斯源电小天线研究

惠更斯源天线因其独特的设计方式具有宽波束和高方向性的巨大优势,但同时也面临着各种设计和加工上的难题.文中基于国内外电小惠更斯源天线的发展现状,综合介绍了几款高性能的电小惠更斯源天线设计方法与技术.在超高频（super high frequency,SHF）段,介绍了一款基于平面集成技术的惠更斯源电小天线（electrically-small antenna,ESA）,可实现线极化和圆极化设计.在特高频（extra-high frequency,UHF）,介绍了惠更斯源ESA的双极化、可重构和宽带设计方案,可分别实现惠更斯源ESA的高隔离、水平全空间波束覆盖和宽阻抗带宽功能.这些天线设计方案为追求ESA的高方向性、宽带化和多功能化提供了新颖而可靠的设计思路与方法.     

一种旋转圆极化阵元产生OAM波束的圆形阵设计方法北大核心CSCD

根据电磁理论推导提出了一种依次旋转天线阵中的圆极化阵元产生OAM波束的方法。然后,给出了一个八单元宽频带圆极化圆形阵的设计实例。在设计实例中,通过对所有阵元沿顺时针(或逆时针方向)依次旋转一定角度,可以生成模式数l=0,±1,±2,±3的OAM波束。与现有文献采用的控制阵元间馈电相位差来产生OAM波束的方法不同,本方法中所有阵元馈电相位相同,这不仅有利于OAM天线系统简化馈电网络设计,而且避免了由阵元间相移器引入的相位误差。     

一种应用于三频GPS的宽频带单馈电天线设计

为了实现全球定位系统（global positioning system,GPS）天线小型化并提高其性能,提出了一种新型的三频段GPS宽频带单馈电背腔天线,可在1176.45 MHz（L5）、1227.60 MHz（L2）和1575.42 MHz（L1）三个GPS频段下工作。通过在一端馈送交叉型行波天线并在另一端添加负载,来实现提出天线的右旋圆极化（right-hand circular polarization,RHCP）,且配有弯折线散热器。天线尺寸仅为120×120×29 mm3。仿真和实际测量结果显示,提出的单馈电天线无需使用复杂的馈电网络或双馈结构便可提供宽阻抗带宽（VSWR<2）、低轴比（AR）（<2 dB）和高RHCP增益（>4 dBic）。     

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。