案例摘要

可重構(gòu)智能超表面因其具有強大的實時電磁波處理和數(shù)字信號處理能力引起了眾多研究者的關(guān)注。其具有高定向、高增益的動態(tài)波束掃描能力在無線通信、雷達探測有著重要的應(yīng)用前景，獨立動態(tài)多波束調(diào)控的設(shè)計方案為多通道信息傳輸提供了新的設(shè)計思路。陣列天線共形可以很容易地集成在飛機、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等載體平臺的表面，而不會破壞載體的形狀、結(jié)構(gòu)和空氣動力學(xué)。報告主要研究共形可重構(gòu)超表面的遠場波束掃描及多波束產(chǎn)生。

應(yīng)用背景

電磁超表面是電磁超材料的二維形式，它可以對電磁波的幅度、相位和極化等關(guān)鍵參數(shù)進行有效調(diào)控，有輕薄、占用空間小、集成度高等優(yōu)點。當(dāng)在超表面上加載PIN管、變?nèi)?a target="_blank">二極管等可調(diào)器件實現(xiàn)了，再采用FPGA等微處理器調(diào)控，即實現(xiàn)電可重構(gòu)、可編程。在遠場，可重構(gòu)超表面的波束掃描用于雷達探測領(lǐng)域，其多波束生成也用于雷達多目標和多通道通信等領(lǐng)域，可重構(gòu)超表面由于其強大的實時電磁波處理和數(shù)字信號處理能力一直是研究的熱點。

由于飛機、衛(wèi)星等現(xiàn)代作戰(zhàn)平臺大多都非平面，面向其的天線需求，設(shè)計能夠與載體平臺的共形超表面天線。

單元設(shè)計

通過全波仿真軟件HFSS建模并進行仿真，我們采用Floquet端口激勵和主從邊界條件來模擬透射無限周期結(jié)構(gòu)，設(shè)置RLC邊界來等效PIN管的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，入射沿x極化，兩個狀態(tài)下的單元透射幅值和相位響應(yīng)如下圖5所示，在15 GHz頻率附近，兩個狀態(tài)下的插入損耗被顯著抑制到1.5dB左右，透射相位差在180°左右。3 dB帶寬為750MHz，相對帶寬為5%。

陣列天線仿真

1、波束掃描展示

2、多波束展示

小結(jié)

審核編輯：湯梓紅