编码超构表面实现双波束独立可重构*

张娜 赵健民 陈克 赵俊明 姜田 冯一军

(南京大学电子科学与工程学院, 南京 210023)

近年来, 有源超构表面因其对电磁波的灵活、动态调控而备受关注.本文设计并分析了一种有源可编程超构表面单元, 并探讨了其在双波束、多波束独立可重构方面的应用.理论分析了如何实现对称双波束、非对称双波束电磁波辐射以及多波束独立可重构, 并对所设计的编码超构表面进行仿真分析和实验验证.全波仿真结果表明, 超构表面具有较好的辐射性能, 主瓣辐射方向与理论计算结果一致.作为实验验证, 我们加工了样品并在标准微波暗室中进行了测试.实验测试与仿真分析结果吻合良好, 均表明该超构表面在微波频率能够对双波束进行独立的动态调控, 且波束方向性较好.因而, 这种可编程超构表面有望进一步实现多通道信息传输, 并在无线通信系统中具有良好的应用前景.

1 引 言

超构表面是一种由亚波长单元结构周期或非周期排布在二维平面上的人工复合电磁材料.通过对电磁波频率、幅度、相位和极化等固有性质的调控[1−5], 可实现异常反射[3]、电磁隐身[6]和漫反射[7]等功能, 在波束聚焦[8]、全息成像[9]和天线设计[10]等方面具有良好的应用前景.相比于传统的人工电磁材料, 超构表面由于其厚度远小于工作波长, 可大大缩减电磁器件的厚度, 更有利于实现器件小型化、平面化、多样化[11−14].

近年来, 随着超构表面研究的不断深入, 采用全数字……