一种极化复用的聚焦惠更斯超表面设计

针对无源超表面功能单一的问题,该文提出一款极化复用的透射型惠更斯超表面,可实现x极化和y极化入射波的独立聚焦特性。超表面单元由一层厚度为0.17λ的介质基板和位于两侧的不对称电偶极子元件组成,利用反向流动的表面电流构成磁偶极子,在物理结构上消除了磁性元件的需求,使单元更加紧凑。通过单元结构尺寸的调整,实现双极化独立调控和360°相位覆盖。根据双极化聚焦的效果设定,基于全息理论对单元进行排列,设计并制备出在35 GHz下具有独立聚焦特性的极化复用惠更斯超表面,模拟和实测结果基本一致。所提出的惠更斯超表面无多层堆叠和金属过孔,具有结构简单、低剖面、易加工等特点。

用于微波无线能量传输的高效率惠更斯超表面透射阵

设计了一款工作在5.8 GHz用于微波无线能量传输的双层惠更斯超表面透射阵天线。惠更斯单元由一对1 mm厚的反对称E形单元构成,同时实现360°相位控制和高传输幅度(-0.82 dB)。该设计突破了传统双层频率选择表面的限制,同时提高了透射阵的辐射性能。透射阵尺寸为380 mm×380 mm,实测结果表明透射阵增益达到26 dB,口径效率为58.7%。在微波无线能量传输外场实验中,测试距离达到18 m,加载透射阵后,接收功率最高获得8.3 dB的增幅。

基于太赫兹的惠更斯超表面透镜

很多超表面由于只能产生电响应,而不能产生磁响应,存在透射率低的问题。为了提高透射率,基于惠更斯超表面这种平面光学器件的新范式,设计了一种由一组反对称C形开口环谐振器(CSRR)构成的金属-介质-金属型惠更斯单元结构,该单元结构按一定规律排列成惠更斯超表面透镜。与传统光学透镜相比,该透镜提升了透射型元器件的性能,并减小了器件厚度。通过调节单元结构的几何参数,谐振器能够实现360°全相位覆盖,并且透射系数保持在0.6以上。基于相位剖面的设计,实现了一定频率下电磁波的偏折透镜与汇聚透镜。所设计的惠更斯超表面对于入射波的极化方向不敏感,并展现出宽频偏折与聚焦特性。

基于惠更斯超表面的高增益透镜天线

提出了一种新型惠更斯超表面,其结构单元是将两个开口谐振环和一个S型的弯折线分别刻蚀在F4B介质板的两侧形成.通过调整开口谐振环和S型弯折线的结构参数,能够对电磁波实现0°-360°的相位调控以及透射率高于0.85的透射系数.同时,将所设计的超表面加载在喇叭天线的口径面上,将球面波转换为平面波,从而实现天线增益的大幅度提高.仿真和实验测试结果表明,在13.2-16.6 GHz(相对带宽22.82%)的频带范围,天线最高增益达18.7 dB.与未加载透镜的喇叭天线相比,在工作频带内的增益平均增加了3.62 dB.

无反射电磁超构表面研究进展

电磁超构表面是一类由单层或多层亚波长人工微结构组成的平面电磁材料,可以在亚波长尺度下实现对电磁波的振幅、相位、波前、色散、偏振态以及角动量等多个维度的精准调控,其中无反射电磁超构表面为实现高效率电磁器件提供了新理论与新方案。本文综述了无反射电磁超构表面的理论与应用,从惠更斯原理、电磁谐振、布儒斯特效应三个方面阐明了无反射超构表面的基本原理,介绍了相关的重要应用,包括异常折射、偏振操控、超构减反膜、电磁波完美吸收等,并对该领域面临的挑战和发展前景进行了总结与展望。

小波技术在时域有限差分法中的应用

在时域有限差分法(FDTD)中利用小波变换技术进行数据压缩,提高了计算效率,同时节省计算存储空间。利用小波分解对惠更斯表面的时域切向场分布进行分解,存储经过阈值量化后的小波系数达到压缩编码的目的。在FDTD近场计算结束后,利用小波重构所得到的惠更斯表面的时域切向场分布进行近—远场变换计算散射场。结合小波变换的FDTD法计算缝隙金属平板的散射场的数值实验结果说明该方法的有效性。

再辐射边界条件在FDTD中的应用

目前的吸收边界条件存在编程复杂,占有内存空间与计算量过大等缺点。再辐射边界条件通过在截断边界处引入与入射波等效电磁流符号相反的源,使得穿过边界的电磁场得到有效的衰减。与传统的吸收边界条件相比,再辐射边界条件具有吸收性能优越,设计思路清晰,编程简单,内存占有少,计算时间短的优点。推导了在离散网格中再辐射边界的反射系数与时间及空间步长的关系,通过时域有限差分方法(FDTD)进行了验证,与理论值基本相符。