利用各向同性全息超表面设计无互扰的双功能辐射器件

AFMcuitiejun利用单孔径电磁表面同时实现两个甚至多个可调控的电磁辐射一直是微波射频领域研究人员所追求的目标。具体到微波全息天线的设计,一旦将多功能辐射调控无干扰地集成在同一个有效全息表面上,可以大大节省整体天线系统的装配空间和生产成本,从而实现电磁设备的多功能和小型化。过去几年来,在电磁超表面领域,国际上亦有关于多功能器件集成设计的报导,但大多数超表面是基于各向异性单元来设计的。由于各向异性单元设计流程较为复杂,且形成整体电磁表面时设计误差较大,多用到相关近似处理,因此给多功能集成设计带来很大麻烦。而且大多数多功能集成器件在设计完成后,功能性固定,尤其对于辐射天线的设计缺乏波束扫描能力。所以,即使天线有多功能辐射的集成,也在实际应用中受到很多限制。

东南大学崔铁军教授及其博士研究生李允博等提出了利用各向同性电磁超表面实现完全不同功能的双功能辐射器的设计方法,并予以实验验证,为多功能集成器件与系统的设计提供了新途径和新思路。其核心设计思想是将两个完全不同功能的全息表征干涉图直接通过表面阻抗单元记录在同一个电磁超表面上,经过全息再现,在两个不同端口激励时可实现完全不同的双功能辐射。基于这种理念,他们设计了两款双功能辐射天线。其一,完成独立可调的双波束同极化辐射功能;其二,完成单波束正交双极化辐射功能。令人兴奋的是,研究人员发现在不同频率情况下,全息再现的辐射波束可以分别完成一维或者二维空间波束扫描的新奇现象。这一研究成果发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201503654)上。