基于双频段幅相双调控超表面的阵列波束赋形
作者:
作者单位:

华东师范大学 物理与电子科学学院,上海 200241

作者简介:

王玲(1996-),女,在读硕士研究生,主要研究方向为超表面、波束赋形.email:lingwang2023@163.com.
王 翔(1999-),男,在读硕士研究生,主要研究方向为超表面、波束赋形.
丁 军(1982-),男,教授,博士生导师,主要研究方向为超材料/超表面、天线与射频电子器件等.

通讯作者:

丁 军(1982-),男,教授,博士生导师,主要研究方向为超材料/超表面、天线与射频电子器件等. email:jding@ee.ecnu.edu.cn

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(62171186)

伦理声明:



Array beamforming based on dual-band complex-amplitude metasurface
Author:
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Affiliation:

School of Physics and Electronic Science,East China Normal University,Shanghai 200241,China

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    摘要:

    提出一种双频段幅相双调控超表面,实现在2个预设频点上任意形状的波束赋形。即将2个不同尺寸的谐振器组合在超表面单元中,使其能够在2个频点处独立进行幅度和相位的控制。在线极化激励下,幅度调控通过旋转谐振器实现;相位调控则通过改变谐振器的开口大小实现。利用结合泰勒综合法和遗传算法的改进型阵列综合算法,获得非常符合目标形状的远场方向图,且由此得到的相位范围较小,有利于实现高效率阵列波束赋形。最后设计了一个在6.25 GHz和15 GHz处可分别产生平顶波束和余割平方波束的超表面阵列。全波仿真结果表明,所设计的超表面阵列产生的波束和目标波束吻合很好,且旁瓣水平较低。本文提供了利用双频段超表面实现远场阵列波束赋形的新途径。

    Abstract:

    A dual-band amplitude and phase dual-regulation metasurface is proposed to achieve arbitrary beamforming shapes at two preset frequencies. By combining two resonators of different sizes in the metasurface unit, independent amplitude and phase control can be realized at the two frequency points. Under linear polarization excitation, amplitude regulation is achieved by rotating the resonators, while phase regulation is realized by changing the size of the resonator openings. An improved array synthesis algorithm, combining Taylor synthesis and genetic algorithm, is employed to obtain far-field patterns that closely match the desired shapes. The resulting phase range is relatively small, which is conducive to achieving high-efficiency array beamforming. A metasurface array that can generate a flat-top beam at 6.25 GHz and a cosecant-squared beam at 15 GHz is designed. The full-wave simulation results show that the beams generated by the designed metasurface array match the target beams very well, with low sidelobe levels. This work provides a new approach to far-field array beamforming using dual-band metasurfaces.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

王玲,王翔,丁军.基于双频段幅相双调控超表面的阵列波束赋形[J].太赫兹科学与电子信息学报,2025,23(4):376~384

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  • 收稿日期:2023-10-27
  • 最后修改日期:2023-12-06
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  • 在线发布日期: 2025-05-07
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