非谐振单元加载的宽带超表面透镜天线设计

翟昱涛，颜 坤，王 毅，夏 雨

（1.哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨 150001；2.中国航天科工信息技术研究院，北京 100070；3.南京航空航天大学，江苏南京 211106）

0 引言

超表面是一种准二维人工电磁材料[1]，它在保持了三维超材料的特异电磁特性的同时，解决了三维超材料加工困难、损耗较大和难以集成等困难，在电磁波调控领域发挥了巨大的作用。

当前的超表面研究大多是基于谐振型单元结构[2-4]，利用谐振区域的相位突变可以在谐振频点处实现较大范围的相位覆盖，进一步基于广义Snell折射/反射定律[5]，可以设计控制电磁波传播方向的超表面。2011年哈佛大学Yu等人采用8种不同形状的“V”型超表面单元实现了相位覆盖2π 范围的相位梯度超表面，并设计了超薄平面透镜和轴锥透镜，实现了良好的聚焦效果[1]。随后关于超表面透镜的设计成为了电磁超材料领域研究的热点和前沿，研究者们对此产生了浓厚的兴趣，利用相位的改变进行了多种设计，例如光学涡旋器、反射面天线[6]、RCS缩减[7]等。

本文设计了一款工作在X波段非谐振的相位补偿超表面，利用非谐振区域实现了超表面宽带的相位改变。将超表面补偿在标准增益的喇叭天线口面上，使其口面成为等相位面在近场区域产生平面波，消除一般测试系统中的绕射影响。

1 超表面单元设计

宽带透射型超表面的设计要兼顾相位和幅度2方面的设计。相位需要覆盖天线口面处的所有点的相位；幅度方面，透射系数要高于0.8使电磁波尽量全部透过，否则会影响天线的增益。……