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Principles of electromagnetic waves in metasurfaces 被引量:55
1
作者 LUO XianGang 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第9期11-28,共18页
Metasurfaces are artificially structured thin films with unusual properties on demand. Different from metamaterials, the metasurfaces change the electromagnetic waves mainly by exploiting the boundary conditions, rath... Metasurfaces are artificially structured thin films with unusual properties on demand. Different from metamaterials, the metasurfaces change the electromagnetic waves mainly by exploiting the boundary conditions, rather than the constitutive parameters in three dimensional(3D) spaces. Despite the intrinsic similarities in the operational principles, there is not a universal theory available for the understanding and design of metasurface-based devices. In this article, we propose the concept of metasurface waves(M-waves) and provide a general theory to describe the principles of them. Most importantly, it is shown that the M-waves share some fundamental properties such as extremely short wavelength, abrupt phase change and strong chromatic dispersion, which make them different from traditional bulk waves. It is shown that these properties can enable many important applications such as subwavelength imaging and lithography, planar optical devices, broadband anti-reflection, absorption and polarization conversion. Our results demonstrated unambiguously that traditional laws of diffraction, refraction, reflection and absorption should be revised by using the novel properties of M-waves. The theory provided here may pave the way for the design of new electromagnetic devices and further improvement of metasurfaces. The exotic properties of metasurfaces may also form the foundations for two new sub-disciplines called "subwavelength surface electromagnetics" and "subwavelength electromagnetics". 展开更多
关键词 metasurface subwavelength structure diffraction limit flat lens perfect absorption
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基于石墨烯超表面的效率可调太赫兹聚焦透镜 被引量:7
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作者 王俊瑶 樊俊鹏 +2 位作者 舒好 刘畅 程用志 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期60-67,共8页
本文提出了一种基于石墨烯超表面的效率可调太赫兹聚焦透镜。该超表面单元结构由两层对称的圆形镂空石墨烯和中间介质层组成,其中镂空圆形中间由长方形石墨烯片连接。该结构可实现偏振转换,入射到超表面的圆偏振波将以其正交的形式出射... 本文提出了一种基于石墨烯超表面的效率可调太赫兹聚焦透镜。该超表面单元结构由两层对称的圆形镂空石墨烯和中间介质层组成,其中镂空圆形中间由长方形石墨烯片连接。该结构可实现偏振转换,入射到超表面的圆偏振波将以其正交的形式出射,如左旋圆到右旋圆偏振转换。利用几何相位原理,通过旋转长方形条的方向,透射波会携带额外的附加相位并能满足2π范围内覆盖。合适地排列石墨烯超表面的单元结构,以实现太赫兹聚焦透镜。仿真结果表明:通过改变石墨烯的费米能级,可以对超表面圆偏振转换幅度进行调节,进而超透镜的聚焦效率也可以动态调节。因此,这种基于石墨烯超表面的效率可调聚焦透镜不用改变单元结构的尺寸,只需通过改变费米能级便可实现,可以广泛地应用到能量收集、成像等太赫兹应用领域。 展开更多
关键词 超表面 聚焦透镜 石墨烯 太赫兹
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一种基于超表面的低剖面宽带透镜天线 被引量:7
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作者 林权纬 黄衡 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期397-403,共7页
提出一种新型的基于超表面的低剖面宽带高增益透镜天线,该透镜采用宽带的电偶极子天线作为馈源,设计中心频率工作在10GHz.针对超表面透镜在不同位置的折射率的需求,同时提出了一种新型的非谐振超材料单元,该单元由三层介质板组成,中间... 提出一种新型的基于超表面的低剖面宽带高增益透镜天线,该透镜采用宽带的电偶极子天线作为馈源,设计中心频率工作在10GHz.针对超表面透镜在不同位置的折射率的需求,同时提出了一种新型的非谐振超材料单元,该单元由三层介质板组成,中间一层是印有十字形带状线的双层印刷板.通过改变上下两层介质的介电常数,可以达到不同的折射率变化范围,从而实现透镜的中间层和阻抗匹配层对折射率的需求.所提出的透镜天线设计方法可以获得21 dBi的最高增益以及58%的-10dB阻抗带宽.更重要的是所提出的具有高折射率的超材料单元可以实现只有0.32λ0的透镜厚度,大大减小了透镜的剖面.最后进行了加工实验,对所提出的方法和仿真结果进行了验证,实验结果表明,透镜天线的实测带宽、方向图和增益都与仿真理论结果有较好的吻合度. 展开更多
关键词 宽带 超表面 透镜天线 低剖面 高增益
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基于偏振响应的双焦点超表面透镜设计 被引量:6
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作者 赵鹏九 刘首鹏 +2 位作者 罗宇 任伟 陈晓虎 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期63-70,共8页
设计了一种在轴向能够实现焦点延长的双焦点超表面聚焦透镜.改变二氧化钛纳米微元的长宽比和旋转角度,对传输相位与几何相位进行同时调制,实现对一组正交偏振态入射光的分别独立控制.设计的超构表面能将左旋和右旋圆偏振光聚焦在轴向邻... 设计了一种在轴向能够实现焦点延长的双焦点超表面聚焦透镜.改变二氧化钛纳米微元的长宽比和旋转角度,对传输相位与几何相位进行同时调制,实现对一组正交偏振态入射光的分别独立控制.设计的超构表面能将左旋和右旋圆偏振光聚焦在轴向邻近位置实现焦点长度的轴向扩展.超表面在波长为650nm的线偏入射光照明下,可以在实现焦点长度2倍扩展的同时,较好地保持焦点的横向宽度.若入射光为椭圆偏振态,还能够实现最终生成的焦点形状优化或两个焦点的切换. 展开更多
关键词 超表面 偏振响应 几何相位 传输相位 聚焦透镜
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Wide field-of-view metalens: a tutorial 被引量:4
5
作者 Fan Yang Mikhail YShalaginov +6 位作者 Hung-I Lin Sensong An Anu Agarwal Hualiang Zhang Clara Rivero-Baleine Tian Gu Juejun Hu 《Advanced Photonics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期1-21,共21页
Wide field-of-view(FOV)optics are essential components in many optical systems,with applications spanning imaging,display,sensing,and beam steering.Conventional refractive wide FOV optics often involve multiple stacke... Wide field-of-view(FOV)optics are essential components in many optical systems,with applications spanning imaging,display,sensing,and beam steering.Conventional refractive wide FOV optics often involve multiple stacked lenses,resulting in large size and weight as well as high cost.Metasurface lenses or metalenses promise a viable solution to realizing wide FOV optics without complex lens assembly.We review the various architectures of wide FOV metalenses,elucidate their fundamental operating principles and design trade-offs,and quantitatively evaluate and contrast their imaging performances.Emerging applications enabled by wide FOV metasurface optics are also discussed. 展开更多
关键词 metasurface lens IMAGING field of view ABERRATION
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具有二维聚焦特性的柱形超表面透镜设计
6
作者 晁坤 崔浩 +1 位作者 王思豪 尚玉平 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2024年第9期1161-1166,共6页
针对柱面共形情形下的透射聚焦问题,提出了一种在圆柱周向和轴向均有聚焦效果的共形透镜设计。为了使进入柱形区域内部的透射射线以相同的相位汇集于预设焦点处,在射线分析模型的基础上,得到了柱面共形超表面透镜应满足的透射相位补偿... 针对柱面共形情形下的透射聚焦问题,提出了一种在圆柱周向和轴向均有聚焦效果的共形透镜设计。为了使进入柱形区域内部的透射射线以相同的相位汇集于预设焦点处,在射线分析模型的基础上,得到了柱面共形超表面透镜应满足的透射相位补偿量。结合超表面单元结构实际的周期尺寸,对透射相位补偿量进行离散近似,并通过不同内部尺寸的单元结构将其映射至圆柱表面。在TE极化和TM极化平面电磁波照射下,柱面共形超表面透镜在预设焦点处均可产生明显的聚焦斑点,在11 GHz附近,预设焦点处电场幅值下降3 dB的带宽分别为24.3%和27.3%,结果表明了该透镜沿圆柱周向和轴向的二维聚焦能力。 展开更多
关键词 波束聚焦 超表面 电磁透镜 共形设计
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一种小型化超宽带双极化天线
7
作者 陈松旻 庞晨 +3 位作者 周坚 刘萌瑶 赵梓彤 李高升 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期71-77,共7页
本文设计了一种小型化超宽带双极化天线。为实现小型化,Vivaldi天线设计了契合模拟能量密度波纹的拟合曲线槽缝,从而大大拓展了带宽。在未增大尺寸的同时设计了超表面透镜,在实现小型化的基础上提高了增益。将设计的单极化Vivaldi天线... 本文设计了一种小型化超宽带双极化天线。为实现小型化,Vivaldi天线设计了契合模拟能量密度波纹的拟合曲线槽缝,从而大大拓展了带宽。在未增大尺寸的同时设计了超表面透镜,在实现小型化的基础上提高了增益。将设计的单极化Vivaldi天线十字交叉镶嵌得到了最终的双极化天线。实测结果表明,双极化天线带宽为2.17 GHz~13.70 GHz,空间体积仅为0.1442λ1~3(λ1为带内最低频波长),最高增益达到12.32 dBi,隔离度大于30 dB。该天线可应用于雷达侦察系统等对极化敏感度要求高的应用场景。 展开更多
关键词 小型化 双极化天线 拟合曲线槽缝 超表面透镜 VIVALDI天线
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Ultra-thin circularly polarized lens antenna based on single-layered transparent metasurface 被引量:1
8
作者 Kaiyue Liu Guangming Wang +3 位作者 Tong Cai Wenlong Guo Yaqiang Zhuang Gang Liu 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第8期235-241,共7页
Circularly polarized (CP) lens antenna has been applied to numerous wireless communication systems based on its unique advantages such as high antenna gain, low manufacturing cost, especially stable data transmissio... Circularly polarized (CP) lens antenna has been applied to numerous wireless communication systems based on its unique advantages such as high antenna gain, low manufacturing cost, especially stable data transmission between the transmitter and the receiver. Unfortunately, current available CP lens antennas mostly suffer from high profile, low aperture efficiency as well as complex design. In this paper, we propose an ultra-thin CP lens antenna based on the designed single- layered Pancharatnam-Berry (PB) transparent metasurface with focusing property. The PB metasurface exhibits a high transmissivity, which ensures a high efficiency of the focusing property. Launched the metasurface with a CP patch antenna at its focal point, a low-profile lens antenna is simulated and measured. The experimental results show that our lens antenna exhibits a series of advantages including high radiation gain of 20.7 dB, aperture efficiency better than 41.3%, and also narrow half power beam width (HPBW) of 13°at about 14GHz. Our finding opens a door to realize ultra-thin transparent metasurface with other functionalities or at other working frequencies. 展开更多
关键词 lens antenna ULTRA-THIN transparent Pancharatnam-Berry (PB) metasurface single-layered
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基于超表面空间光调控的教学仿真实验设计
9
作者 李慧宇 王玉 +5 位作者 荆日星 胡国庆 陈广伟 何巍 赵爽 周哲海 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2023年第3期119-124,共6页
超表面通过亚波长尺寸结构组成单元引起的突变在波长量级的厚度内实现入射光的高效调控,在虚拟现实、波束赋形、超分辨成像等方面受到广泛专注。使用VirtualLab Fusion软件的建模仿真分析完成基于人工微结构的器件设计,以超透镜为例分... 超表面通过亚波长尺寸结构组成单元引起的突变在波长量级的厚度内实现入射光的高效调控,在虚拟现实、波束赋形、超分辨成像等方面受到广泛专注。使用VirtualLab Fusion软件的建模仿真分析完成基于人工微结构的器件设计,以超透镜为例分析亚波长矩形结构对入射光造成的相位突变与振幅调制、结合聚焦光束所需相位分布得到具有指定焦距的超表面结构。通过实际案例将研究热点引入教学课堂,并对其中涉及的光学问题进行逐层分析,利用亚波长结构的微观响应与透镜的宏观分析进一步强化学生对几何光学与物理光学之间联系与区别认知,并为后续相关光场调控与传播仿真计算在实际问题的解决方面奠定理论基础。 展开更多
关键词 超表面 光场调控 聚焦透镜 实验设计 教学改革
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大焦深离轴超透镜的设计与制作 被引量:1
10
作者 丁继飞 刘文兵 +3 位作者 李含辉 罗奕 谢陈凯 黄黎蓉 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第19期208-214,共7页
基于单层超表面结构,设计并制作了一种具有大焦深的离轴超透镜.利用相位叠加的设计方法,将偏转与聚焦这两个功能合二为一以实现离轴聚焦,并通过优化入射孔径和离轴偏转角来增大焦深.实验结果表明:当入射电磁波的频率为9 GHz时,离轴偏转... 基于单层超表面结构,设计并制作了一种具有大焦深的离轴超透镜.利用相位叠加的设计方法,将偏转与聚焦这两个功能合二为一以实现离轴聚焦,并通过优化入射孔径和离轴偏转角来增大焦深.实验结果表明:当入射电磁波的频率为9 GHz时,离轴偏转角为27.5°,焦距为335.4 mm,这与30°和350 mm的预设值比较符合.在8,9和10 GHz三个频率下的焦深分别为263.2,278.5和298.2 mm,分别对应波长的7.02倍、8.36倍和9.98倍.该离轴超透镜结构简单,具有良好的离轴聚焦能力和较大的焦深,这在小型化、平面化的大焦深成像系统以及离轴光学系统中具有潜在的应用前景. 展开更多
关键词 超表面 超透镜 大焦深 相位叠加
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太赫兹超表面透镜综述
11
作者 曾志强 杜良辉 +1 位作者 李江 朱礼国 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2651-2663,共13页
本文综述了基于人工微结构的太赫兹超表面透镜的最新研究进展,通过仿真分析了人工微结构单元与太赫兹波的相互作用,阐述了共振相位、几何相位和传输相位3种主要的相位调控机理及相应的相位调制效果.根据透镜相位的空间分布规律,通过合... 本文综述了基于人工微结构的太赫兹超表面透镜的最新研究进展,通过仿真分析了人工微结构单元与太赫兹波的相互作用,阐述了共振相位、几何相位和传输相位3种主要的相位调控机理及相应的相位调制效果.根据透镜相位的空间分布规律,通过合理的人工微结构布局实现对入射太赫兹波波前的调控,从而实现太赫兹超表面透镜的聚焦和成像功能.太赫兹超表面透镜具有设计灵活、厚度超薄、功能多样等诸多优势,在太赫兹波无损检测、高速通信和公共安全等领域具有广阔的应用前景.本文根据太赫兹波聚焦效率这一重要技术指标,介绍了基于单层结构、多层结构、全介质结构以及可调谐太赫兹超表面透镜的研究成果,并对太赫兹超表面透镜的未来发展前景进行了展望. 展开更多
关键词 人工微结构 太赫兹 超表面透镜 共振相位 几何相位 传输相位 效率
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双波长偏振控制超表面透镜的设计
12
作者 罗文峰 李新慧 +1 位作者 吕淑媛 贾洁 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期215-221,共7页
随着现代光学的快速发展,光学元件在光学系统中成为了不可或缺的部分,因此超表面逐渐成为研究热点。超表面是由亚波长散射体阵列组成的纳米结构,由于其结构简单、厚度薄、易于集成、利用率高等优点被广泛应用。在可见光690 nm和近红外光... 随着现代光学的快速发展,光学元件在光学系统中成为了不可或缺的部分,因此超表面逐渐成为研究热点。超表面是由亚波长散射体阵列组成的纳米结构,由于其结构简单、厚度薄、易于集成、利用率高等优点被广泛应用。在可见光690 nm和近红外光880 nm处采用传播相位设计了偏振复用的透射型超表面透镜。该超表面透镜将x线偏振光的透镜设计与y线偏振光的透镜设计进行组合,实现了在同一超表面下2种波长不同偏振状态的3种超表面透镜,分别是f_(1)=f_(2)=7000 nm的共轴共焦超表面透镜和f_(1)=f_(2)=7000 nm,x_(d)=±4000 nm的离轴超表面透镜以及f_(1)=7000 nm,f_(2)=10000 nm的共轴不同焦超表面透镜。这3种超表面透镜不仅具有高的数值孔径(0.8),而且半峰全宽接近衍射极限,具有良好的聚焦能力,并且其在空间利用率上也得到了提高。这种紧凑、高数值孔径以及空间利用率高的双波长偏振复用的超表面设计为聚焦透镜的发展提供了有效的解决方法,并且在荧光显微镜、光学成像等中发挥着独特的潜力和优势。 展开更多
关键词 超表面 散射 半峰全宽 双波长 偏振复用
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基于人工电磁表面的超低剖面全介质透镜天线
13
作者 吴知航 章可卿 +2 位作者 薛美 王正斌 冯一军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2016年第6期1-5,共5页
利用不同厚度的亚波长介质块实现0~2π的相位变化,并基于惠更斯人工电磁表面原理设计了工作于28 GHz通信频段的全介质电磁透镜,该电磁透镜的焦距与口径比(F/D)为0.15。通过3D打印制备该电磁透镜,并将其与基片集成波导(SIW)贴片天线... 利用不同厚度的亚波长介质块实现0~2π的相位变化,并基于惠更斯人工电磁表面原理设计了工作于28 GHz通信频段的全介质电磁透镜,该电磁透镜的焦距与口径比(F/D)为0.15。通过3D打印制备该电磁透镜,并将其与基片集成波导(SIW)贴片天线进行集成,构造了超低剖面的宽带透镜天线。全波分析与实验测量结果显示该电磁透镜能够将原SIW贴片天线的增益提高7 d B左右,而将3 d B波束宽度减小到10°左右,同时该透镜天线系统还具有良好的低副瓣。 展开更多
关键词 人工电磁表面 全介质 电磁透镜 3D打印
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Performance enhancement for antipodal Vivaldi antenna modulated by a high-permittivity metasurface lens
14
作者 Shaopeng PAN Mingtuan LIN +3 位作者 Lin QI Pan CHEN Yang FENG Gaosheng LI 《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》 SCIE EI CSCD 2021年第12期1655-1665,共11页
A metasurface unit is designed operating at 2–20 GHz to enhance the gain and radiation performance of an antipodal Vivaldi antenna(AVA).The unit has a simple structure,stable ultra-wideband performance,high permittiv... A metasurface unit is designed operating at 2–20 GHz to enhance the gain and radiation performance of an antipodal Vivaldi antenna(AVA).The unit has a simple structure,stable ultra-wideband performance,high permittivity,and can independently modulate two polarization modes electromagnetic waves.We analyze the current distribution on the unit and extract equivalent characteristic parameters to verify the ability of independent modulation on two polarization modes electromagnetic waves.The designed metasurface unit is integrated into the aperture of the AVA and forms the metasurface lens(ML)for guiding the propagation of electromagnetic waves.Two types of ML are proposed and integrated into the AVA to design antennas Ant1 and Ant2.The modulation effect of the lens on the electromagnetic wave is analyzed from the perspective of electric field amplitude and phase,and the final design is obtained.From the optimized design results,the AVA and the proposed Ant2 are fabricated and measured,and the measurement results are in good agreement with the simulation ones.The impedance bandwidth measured by Ant2 basically covers the 2–18 GHz frequency band.Compared with the conventional AVA,the gain of the proposed Ant2 is increased by 0.6–3.7 d B,the sidelobe level is significantly reduced,and the directivity has also been clearly improved. 展开更多
关键词 Antipodal Vivaldi antenna(AVA) ULTRA-WIDEBAND High-permittivity DUAL-POLARIZATION metasurface lens(ML)
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基于吸聚一体的低散射传输型透镜设计
15
作者 胡嫁琪 李震宇 +3 位作者 王祖鑫 尚玉平 王思豪 廖成 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期60-70,共11页
通过传输型超表面透镜与电路模拟雷达波吸收器的集成设计,提出了一种兼具透射波前变换与带外雷达散射截面减缩特性的微波复合材料设计方法。透镜采用亚波长分布的周期性单元,由梯度相位补偿对透射波进行调节,进而获得平面波前与球面波... 通过传输型超表面透镜与电路模拟雷达波吸收器的集成设计,提出了一种兼具透射波前变换与带外雷达散射截面减缩特性的微波复合材料设计方法。透镜采用亚波长分布的周期性单元,由梯度相位补偿对透射波进行调节,进而获得平面波前与球面波前之间的互易变换。并且,使用透镜在波前变换频带以外低频端的反射特征,结合单个有耗层设计,构造了电路模拟吸波器。选用一副缝隙耦合馈电的微带贴片天线单元作为初级馈源天线,观察到复合材料的波前变换特性可在宽频带范围内产生主瓣增益增强效果。与透镜相比,电路模拟吸波器的引入使得复合材料针对TE与TM极化分别可在130.68%与155.11%的频率范围内获得雷达散射截面减缩效果。通过全波模拟和实验测量,验证了辐射增益增强与雷达散射截面减缩效果,表明了复合材料吸聚一体设计的有效性。 展开更多
关键词 微波复合材料 电路模拟吸波器 超表面透镜 雷达散射截面 高增益天线
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惠更斯电磁超构表面微波天线的研究进展(特邀文章)(英文) 被引量:7
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作者 陈志宁 刘炜 +2 位作者 李腾 林丰涵 江梅 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期239-255,共17页
惠更斯电磁超构表面脱胎于现代三维超构材料,是一种特殊的二维亚波长阵列结构.基于经典电磁学惠更斯等效原理,惠更斯电磁超构表面可以灵活地调控电磁波的传播和电磁场的分布,其独特的电磁特性给天线的创新带来了巨大的机遇.文章将综述... 惠更斯电磁超构表面脱胎于现代三维超构材料,是一种特殊的二维亚波长阵列结构.基于经典电磁学惠更斯等效原理,惠更斯电磁超构表面可以灵活地调控电磁波的传播和电磁场的分布,其独特的电磁特性给天线的创新带来了巨大的机遇.文章将综述惠更斯电磁超构表面在微波天线中的研究进展,简要介绍惠更斯超表面的基本概念和原理并总结其在微波天线设计中的应用,重点阐述三种惠更斯超构表面天线技术及其设计案例.最后,展望惠更斯超构表面在天线工程中的广阔应用前景. 展开更多
关键词 电磁超构表面 超构材料 惠更斯原理 色散特性分析 特征模分析 微波超构表面天线 低剖面宽带天线 超构表面透镜天线 多波束天线 波束控制 天线去耦合
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一种圆柱形超表面透镜的设计及其在天线增益增强中的应用 被引量:2
17
作者 周文君 尚玉平 廖成 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期70-76,共7页
研究了一种可共形于圆柱表面的电磁超表面透镜。通过设计沿圆周方向变化的透射相位梯度,对于横电和横磁两种极化的平面电磁波照射,均在圆柱形透镜焦点处观察到了聚焦场强。为了分析圆柱形超表面透镜对天线辐射增益的提升效果,在其焦点... 研究了一种可共形于圆柱表面的电磁超表面透镜。通过设计沿圆周方向变化的透射相位梯度,对于横电和横磁两种极化的平面电磁波照射,均在圆柱形透镜焦点处观察到了聚焦场强。为了分析圆柱形超表面透镜对天线辐射增益的提升效果,在其焦点处放置一副作为馈源的微带贴片天线单元,由此获得圆柱形超表面透镜天线。与馈源天线相比,圆柱形超表面透镜天线可在工作频率10 GHz处将横电和横磁两种极化的主瓣增益分别提升11.23 dB和11.44 dB。仿真和测量结果的一致性验证了设计的有效性。 展开更多
关键词 波束聚焦 共形透镜 相位梯度超表面 高增益天线 透镜天线
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Ultra-thin single-layer transparent geometrical phase gradient metasurface and its application to high-gain circularly-polarized lens antenna 被引量:1
18
作者 李唐景 梁建刚 +1 位作者 李海鹏 刘亚峤 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第9期332-336,共5页
A new method to design an ultra-thin high-gain circularly-polarized antenna system with high efficiency is proposed based on the geometrical phase gradient metasurface(GPGM).With an accuracy control of the transmiss... A new method to design an ultra-thin high-gain circularly-polarized antenna system with high efficiency is proposed based on the geometrical phase gradient metasurface(GPGM).With an accuracy control of the transmission phase and also the high transmission amplitude,the GPGM is capable of manipulating an electromagnetic wave arbitrarily.A focusing transmission lens working at Ku band is well optimized with the F /D of 0.32.A good focusing effect is demonstrated clearly by theoretical calculation and electromagnetic simulation.For further application,an ultra-thin single-layer transmissive lens antenna based on the proposed focusing metasurface operating at 13 GHz is implemented and launched by an original patch antenna from the perspective of high integration,simple structure,and low cost.Numerical and experimental results coincide well,indicating the advantages of the antenna system,such as a high gain of 17.6 d B,the axis ratio better than 2 d B,a high aperture efficiency of 41%,and also a simple fabrication process based on the convenient print circuit board technology.The good performance of the proposed antenna indicates promising applications in portable communication systems. 展开更多
关键词 geometrical phase gradient metasurface circular polarization lens antenna
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Low-profile microwave lens antenna based on isotropic Huygens' metasurfaces
19
作者 Wang Zhengbin Wang Haofang +3 位作者 Dong Zhuangli Wu Zhihang Zhang Yerong Zhou Zhipeng 《The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications》 EI CSCD 2017年第4期10-15,共6页
An isotropic electromagnetic (EM) lens based on Huygens' metasurface is proposed for 28.0 GHz lens antenna design. The lens consists of a series of non-resonant and subwavelength metallic patterns etched on both si... An isotropic electromagnetic (EM) lens based on Huygens' metasurface is proposed for 28.0 GHz lens antenna design. The lens consists of a series of non-resonant and subwavelength metallic patterns etched on both sides of an ultrathin dielectric substrate. Both electric and magnetic responses are introduced to realize desired abrupt phase change and high-efficiency transmission for the secondary wavelets in the incident wavefront. Then, a substrate-integrated waveguide (SIW) fed patch antenna is combined with the lens as the primary feed to form a low-profile lens antenna system. The simulated and measured results coincide with each other, and demonstrate that the prototype realizes 8.8 dB-12.6 dB gain increment and low side-lobe levels over the bandwidth of 26.7 GHz-30.0 GHz. The novel design leads to a low-profile, light weight, and low-cost antenna solution in a wireless communication system. 展开更多
关键词 microwave lens antenna Huygens' principle metasurface low-profile
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基于超表面全息的多焦点透镜 被引量:2
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作者 贾宇轩 范琦 王云飞 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第7期670-675,共6页
设计了一种在远红外波段基于超表面全息的宽频带多焦点透镜。通过设计8个C型谐振环单元,当以线极化波垂直入射到该组单元上时,其透射的交叉极化波产生0到2π范围的相位突变,同时透过率保持不变。利用全波仿真验证了该组谐振单元对垂直... 设计了一种在远红外波段基于超表面全息的宽频带多焦点透镜。通过设计8个C型谐振环单元,当以线极化波垂直入射到该组单元上时,其透射的交叉极化波产生0到2π范围的相位突变,同时透过率保持不变。利用全波仿真验证了该组谐振单元对垂直入射线极化波的异常折射特性,并采用计算全息的方法获得了多焦点透镜上的相位分布,根据相位分布对所设计的天线单元进行排列,得到了方形的超表面多焦点透镜。对该透镜进行仿真,结果显示在中心频率28 THz、焦距108?m处有良好的多点聚焦效果。 展开更多
关键词 超表面 全息图 多焦点透镜 相位突变
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