基于超表面的电磁波调控隐身技术研究进展

超表面可以对电磁波的传输进行灵活调控,在隐身等领域具有广阔的应用前景。从超表面的基本概念出发,阐述超表面的设计原理,从隐身技术的角度,总结反射型超表面和绕射型超表面的机理及研究进展。对超表面的应用局限进行探讨,并对今后的发展趋势进行展望。该研究可为超表面领域相关研究提供指导参考。

新型多维电磁特性可调控雷达角反射器设计方法研究

为了提高雷达角反射器的电磁特性模拟灵活度,提出了两种新型电磁特性可调控雷达角反射器设计:一种通过引入幅度调控结构加载电阻阻值随电压变化的PIN二极管改变反射系数幅度;另一种通过引入相位调控结构加载电容随偏置电压变化的变容二极管改变反射系数相位.以正方形三面角反射器为例进行仿真验证,通过对幅度调控结构进行空间调制实现雷达散射截面积(radar cross section,RCS)变化,且变化范围在30dBsm以上;通过对相位调控结构进行时间调制实现二维像偏移,在设定的成像场景下产生1.875 m的偏移距离.理论分析结果与全波仿真结果吻合较好,表明了本文分析方法的可行性.该研究方法将时空调制理论应用于雷达角反射器上模拟RCS可变、距离可变的目标,为其应用提供了更广阔的应用思路和背景支持.

电磁超表面对辐射波的调控与应用

电磁超材料由亚波长尺寸的人工单元结构周期或非周期排列组成,可以实现天然材料不具备的奇特性质。超表面作为二维特殊形式超材料,具有剖面低、易集成、低成本等优点。随着有源器件、传感元件与智能算法的引入,超表面进一步实现了对电磁波的实时可编程与智能调控。目前多数电磁超表面研究致力于反射波或透射波调控,事实上,电磁超表面对辐射波同样具有强大的调控能力。本文系统介绍电磁超表面调控辐射波幅度、相位、极化等维度的相关研究进展,以超表面与馈源的集成方式和超表面对辐射波的调控原理为分类依据,重点介绍折叠阵超表面、法布里-珀罗超表面、漏波超表面和辐射式超表面,对应空间馈电、表面波馈电、缝隙耦合馈电、同轴馈电等方式,从无源与有源两个角度介绍这四类超表面对辐射波的调控机理与应用,最后对电磁超表面调控辐射波的未来研究方向进行展望。

微波段超构表面对电磁波波前的调控研究

文章回顾总结了本课题组近期关于微波段超构表面的研究进展。首先推导了单层超构表面的透射效率极限值,并设计实现了对交叉圆极化电磁波波前的有效人工调控。进一步基于等效滤波器的理论模型,推导了多层超表面的基本结构特性,在此基础上设计了能够分别工作于线极化及圆极化入射波条件下的多层超构透镜,实现了微波涡旋波束的高效激发,以及对正交圆极化的内在对称性进行人为解耦等多重波前调控。经过一系列的仿真分析和实验验证,我们所设计的微波段单层、多层超构表面均可产生符合预期理论设计的调控结果。这些研究进展为电磁波调控器件的平面化提供了有效的理论依据,加快了超构表面在无线通信技术领域的应用和发展。

光控电磁超材料研究进展

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。

超表面透镜的像差分析和成像技术研究

传统光学透镜及光学系统基于光传播效应实现电磁波调控功能,其体积较大、不易集成。而超表面是由人工亚波长尺度单元构成的二维平面结构,由于其相对于传统透镜具有超薄的优势,并且可以实现对光场的任意调控,近年来在光学成像领域得到广泛研究和应用。本文阐述了超表面透镜的工作原理,分析了超表面成像透镜的单色像差和色像差成因以及对应的像质评价方法,之后综述了超表面成像透镜的研究现状及应用,最后总结了超表面在成像领域尚且存在的问题及其未来发展方向。超表面透镜便于集成、设计自由度高,有望在诸多应用领域取代传统成像器件,基于超表面的高效率、大视场、宽带、可重构可调谐成像器件将成为其未来重要发展方向。

基于异常反射型超表面的天线反射面设计

在实际应用中有许多场合需要对电磁波的传播进行人工调控,传统的光学器件或者人工电磁介质都是采用三维结构,但传统的三维结构介质很难与其他器件或设备进行集成.利用相位非连续人工电磁表面则可以在传播路径的介质分界面上引入相位突变,进而实现人工调控电磁波.文章在此基础上在微波波段利用构造分界面相位梯度提出了一种异常反射型超表面的设计,用作天线反射面可将圆极化波高效地转化为交叉极化波,为微波段的电磁波人工调控提供了新的手段.根据广义反射定律及斜入射时相位突变修正设计的天线反射面,在X波段可以实现对入射电磁波的人工调控,并通过仿真分析验证了该设计方法的准确性,为人工电磁表面作为天线反射面提供了一种设计思路.

渐变光子晶体透镜的设计及其聚焦特性研究

渐变光子晶体(GPC)在电磁波调控方面具有重要应用前景,但其制作难度较大。为解决这一问题,利用双参数无顶棱镜装置构建双锥干涉系统,以此设计不同晶格结构GPC透镜,并研究该透镜的特殊聚焦特性。利用此棱镜侧面的折射将扩束激光分成多束,构建多光束共光路双锥干涉系统,用于制作双周期GPC超晶格结构。GPC晶格结构的周期和类型可以通过调整棱镜侧面与底面的夹角以及棱镜的棱数实现。选择光敏材料记录干涉所得GPC结构,可制作相应的GPC透镜,并实现了长焦深聚焦和亚波长聚焦特性。

低复杂度时空调制超表面设计方法与应用

为利用超表面实现空频域电磁波的高效调控,提出了一种基于解析优化的时空调制超表面设计方法.根据调控需求引入理想时变散射系数;采用矩形脉冲离散时变散射系数,并根据所需电磁响应设计超表面单元结构;进行傅里叶展开,对每个脉冲的状态、起始时刻、脉冲宽度等进行解析优化,保留目标阶谐波,消去其他阶谐波.解析和仿真结果具有较好的一致性,表明了设计方法的可行性与准确性.该设计方法深入地研究了时空调制对空频域电磁波的调控机理,为时空调制超表面在雷达、通信等领域的应用提供了新的设计思路.