共形可重构超表面的远场波束扫描和双波束产生

案例摘要

可重构智能超表面因其具有强大的实时电磁波处理和数字信号处理能力引起了众多研究者的关注。其具有高定向、高增益的动态波束扫描能力在无线通信、雷达探测有着重要的应用前景，独立动态多波束调控的设计方案为多通道信息传输提供了新的设计思路。阵列天线共形可以很容易地集成在飞机、导弹、卫星等载体平台的表面，而不会破坏载体的形状、结构和空气动力学。报告主要研究共形可重构超表面的远场波束扫描及多波束产生。

应用背景

电磁超表面是电磁超材料的二维形式，它可以对电磁波的幅度、相位和极化等关键参数进行有效调控，有轻薄、占用空间小、集成度高等优点。当在超表面上加载PIN管、变容二极管等可调器件实现了，再采用FPGA等微处理器调控，即实现电可重构、可编程。在远场，可重构超表面的波束扫描用于雷达探测领域，其多波束生成也用于雷达多目标和多通道通信等领域，可重构超表面由于其强大的实时电磁波处理和数字信号处理能力一直是研究的热点。

由于飞机、卫星等现代作战平台大多都非平面，面向其的天线需求，设计能够与载体平台的共形超表面天线。

单元设计

通过全波仿真软件HFSS建模并进行仿真，我们采用Floquet端口激励和主从边界条件来模拟透射无限周期结构，设置RLC边界来等效PIN管的导通和关断状态，入射沿x极化，两个状态下的单元透射幅值和相位响应如下图5所示，在15 GHz频率附近，两个状态下的插入损耗被显著抑制到1.5dB左右，透射相位差在180°左右。3 dB带宽为750MHz，相对带宽为5%。

阵列天线仿真

1、波束扫描展示

 

2、多波束展示

小结

审核编辑：汤梓红