超薄宽带平面聚焦超表面及其在高增益天线中的应用

摘要

针对相位梯度超表面在灵活操控电磁波与提高天线增益中的潜在应用,提出一种新型的宽带超表面单元,实现了在较宽频带范围内操控电磁波波前与提高天线增益.本文首先设计了一种圆环十字形对称单元来控制反射波的相移量,单元厚度为1mm,尺寸为0.3λ0 (λ0=20 mm),工作频段15-18 GHz,而后验证了由该单元组成的相位梯度超表面在15-18 GHz范围内对电磁波的奇异反射与聚焦特性.最后将设计的反射聚焦超表面应用于提高天线增益中,仿真与测试结果均表明,天线最高增益在15-18 GHz内平均增加了11 dB且-1 dB增益带宽为15-18 GHz(相对带宽为18.2％).由于厚度薄、重量轻、频带宽,设计的该单元拓展了相位梯度超表面在微波领域的应用,有望为高增益天线的实现提供新的方法.