基于超表面的极化可重构天线设计

袁一杰 ,孙学宏

(1.宁夏大学 物理与电子电气工程学院,宁夏 银川 750021;2.宁夏大学 信息工程学院,宁夏 银川 750021;3.宁夏沙漠信息智能感知重点实验室,宁夏 银川 750021)

可重构天线[1-2]可以将多个天线或多种功能集成于一个天线,极大地提升了天线的性能。可重构天线按照功能可分为极化可重构、频率可重构和方向图可重构天线等,对于极化可重构天线[3-5],在保证工作频率和辐射方向图不变的前提下,改变自身的极化特性,并且能够完成圆极化和线极化间的切换。

超材料[6-7]是一类超越天然材料、具有超常物理特性的人工复合材料,一般是由相同或相似的金属按照周期性或非周期性排列的单元结构。根据需求,可以设计出负介电常数和负磁导率等特殊的电磁特性。超表面[8-10]是二维结构的超材料,在FSS 频率选择表面和RCS 缩减等方面[11-12]已经取得许多突破性的研究进展,是天线领域中越来越热门的研究方向。Zhu等[13]提出了一种低剖面的极化可重构超表面天线,通过对8 个PIN 二极管开关的控制,实现天线的极化可重构功能,轴比带宽达到8.3%。张永亮等[14]设计了一种对角型的超表面缝隙天线,通过机械的方式来实现天线的圆极化可重构,轴比带宽达到11.4%。刘双兵等[15]设计了一种基于超表面的双频双圆极化天线,利用微带线和缝隙耦合的方式进行馈电,分别在6.24～6.58 GHz 和5.02～5.38 GHz 内产生水平极化和垂直极化,最终转换为左旋和右旋圆极化,轴比带宽分别达到15.2%和12.9%。Ni 等[16]提出了一种基于超表面的频率-极化可重构天线,采用双缝隙天线结构,通过改变超表面和缝隙天线的位置,实现线极化和圆极化的可重构,最大增益达到16.5 dBi。……