陳建鋒，程 強(qiáng)

(東南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210007)

0 引言

電磁超材料作為一種人工電磁媒質(zhì)，是由亞波長單元以周期性或者非周期性方式排列構(gòu)成。相較于天然材料，超材料的單元具有宏觀屬性，便于人為設(shè)計(jì)及操控，從而實(shí)現(xiàn)多種超常功能，包括負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率等。超材料領(lǐng)域的先驅(qū)Pendry爵士和杜克大學(xué)的Smith教授[1-2]分別在理論上提出和在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了利用人工電磁單元實(shí)現(xiàn)具有負(fù)介電常數(shù)以及負(fù)磁導(dǎo)率的超材料。隨后，更多的科學(xué)家開始在超材料領(lǐng)域展開研究。電磁超表面作為超材料的二維形態(tài)，兼具了靈活的電磁波調(diào)控能力、緊湊的整體結(jié)構(gòu)以及加工便利性，使其成為了前沿研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)。隨著4G、5G通信技術(shù)的發(fā)展，超材料與信息技術(shù)結(jié)合，產(chǎn)生了編碼超材料和信息超材料等一系列新的研究方向[3-4]。

超表面主要的功能性可以覆蓋電磁場(chǎng)的輻射以及傳輸。在輻射場(chǎng)控制方面，通過對(duì)周期單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)反射/透射場(chǎng)的不同幅相響應(yīng)，結(jié)合廣義斯涅爾定律，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射波束的偏折和賦形。在傳輸場(chǎng)控制方面，二維的周期結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑦B續(xù)的導(dǎo)波場(chǎng)模式拆分成空間諧波的疊加，利用導(dǎo)波場(chǎng)的色散特性，并調(diào)整二維周期性結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)傳播場(chǎng)的有效束縛。這些方面的研究成果和典型應(yīng)用包括平面透鏡天線、低剖面貼片天線、高阻抗表面、人工磁導(dǎo)體以及智能超表面等[5-6]。

超材料的研究不僅催生出了許多全新的理論及應(yīng)用，還拓寬了人們看待傳統(tǒng)問題的視野。不同于傳統(tǒng)的微波電路設(shè)計(jì)理念，基于周期結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法利用不同的單元結(jié)構(gòu)以及空間排列方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的控制。例如，傳統(tǒng)的波紋喇叭中的周期褶皺可視為高阻抗表面，利用其表面阻抗特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波傳輸?shù)娜藶榭刂?，從而達(dá)到減少邊緣繞射、改善波瓣圖的對(duì)稱性以及減少交叉極化的目的。相似的功能結(jié)構(gòu)還出現(xiàn)在傳統(tǒng)微波法蘭上的扼流圈皺紋設(shè)計(jì)。此外，行波管的設(shè)計(jì)中也能見到周期結(jié)構(gòu)的身影。行波管作為早期的大功率微波信號(hào)放大器件，能夠?qū)㈦娮訕尠l(fā)射的高能粒子能量耦合給輸入的電磁信號(hào)。然而粒子的速度遠(yuǎn)小于光速，為了提高耦合效率，需要在不影響高能粒子傳播的前提下，對(duì)電磁波進(jìn)行降速。利用周期結(jié)構(gòu)可以對(duì)傳播模式進(jìn)行色散控制，通過在空波導(dǎo)內(nèi)刻蝕周期螺旋結(jié)構(gòu)，引入慢波效應(yīng)，使導(dǎo)波場(chǎng)的傳播速度遠(yuǎn)小于真空光速，從而達(dá)到有效的能量耦合[7]。

超材料還可以用在透鏡天線的設(shè)計(jì)中。透鏡作為一種高效的控制電磁波輻射的器件，歷史可追溯到伽利略時(shí)代，各種類型的透鏡在理論上被提出并通過各種方式實(shí)現(xiàn)。很多透鏡的設(shè)計(jì)都要求材料的折射率滿足一定空間分布。然而，自然界中可選擇的材料往往不能提供連續(xù)變化的折射率。超材料的出現(xiàn)，為復(fù)雜透鏡的設(shè)計(jì)和制作提供了新的思路。利用等效媒質(zhì)理論，在長波極限條件下，通過對(duì)介質(zhì)材料鉆取不同尺寸的空氣孔，并利用Clausius-Mossotti關(guān)系對(duì)不同介質(zhì)塊進(jìn)行周期性排列，可實(shí)現(xiàn)滿足透鏡設(shè)計(jì)要求的折射率空間分布[8]。

隨著超材料理論及技術(shù)的發(fā)展和普及，近年來設(shè)計(jì)出了更多的新型電磁器件，擴(kuò)展了傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用范圍，包括新型導(dǎo)波結(jié)構(gòu)、高效輻射天線以及智能信息設(shè)備等，工作頻段覆蓋微波到太赫茲段，助力當(dāng)代信息技術(shù)的高速發(fā)展。

1 間隙波導(dǎo)傳輸線

利用周期性單元構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)表面波傳播特性的調(diào)控。早在1988年，Kildal教授[9]基于一維周期模型提出了軟硬表面(Soft and Hard Surface)的概念，對(duì)表面阻抗進(jìn)行了分類并分析了傳輸特性。1999年，Sievenpiper等學(xué)者[10]提出了基于蘑菇型金屬單元結(jié)構(gòu)的高阻抗超表面，具有極為緊湊的剖面尺寸。2009年，Kildal教授[11]將高阻抗表面的概念引入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并提出了間隙波導(dǎo)(Gap Waveguide，GWG)概念。在工作頻段內(nèi)，高阻抗表面等效為人工磁導(dǎo)體(Artifical Magnetic Conductor，AMC)，與波導(dǎo)上金屬蓋板構(gòu)成的區(qū)域不支持任何傳播模式存在，從而構(gòu)成了電磁禁區(qū)。因此，電磁波將被束縛在沒有AMC的區(qū)域進(jìn)行傳播。相較于同樣利用周期金屬柱來對(duì)導(dǎo)波場(chǎng)進(jìn)行束縛的基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide，SIW)技術(shù)，GWG技術(shù)往往需要在橫向排列更多的周期金屬柱來構(gòu)建AMC，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的有效束縛。但這些金屬柱的結(jié)構(gòu)尺寸往往要大于SIW所用的金屬通孔，這對(duì)于高頻器件的加工非常有利。而且，由于AMC的周期單元不需要和上層金屬蓋板進(jìn)行電連接，為器件的裝配以及調(diào)節(jié)留下了一定的空間。相關(guān)文獻(xiàn)中論述了基于AMC的間隙波導(dǎo)技術(shù)所具有的低損耗、高工作帶寬以及低制造成本等方面的優(yōu)勢(shì)[12]。

GWG技術(shù)的研究及應(yīng)用主要集中在高頻器件的電磁屏蔽和封裝技術(shù)，如無接觸式毫米波法蘭、旋轉(zhuǎn)式波導(dǎo)開關(guān)、用于天線饋電的功分網(wǎng)絡(luò)以及耦合器等[13-15]。近年來，科研工作者將周期結(jié)構(gòu)的高階對(duì)稱性引入到GWG設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步提升了GWG技術(shù)的應(yīng)用頻段。相較于傳統(tǒng)的普通對(duì)稱性周期結(jié)構(gòu)，滑動(dòng)對(duì)稱性(Glide Symmetry)要求導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的上下金屬蓋板都進(jìn)行相同的周期加載，且上下單元結(jié)構(gòu)之間錯(cuò)開半個(gè)周期，如圖1所示。

(a) 普通對(duì)稱

以二維滑動(dòng)對(duì)稱周期結(jié)構(gòu)為例，其幾何操作為：

普通對(duì)稱性及滑動(dòng)對(duì)稱性結(jié)構(gòu)色散曲線示意如圖2所示。由圖2可以看出，滑動(dòng)對(duì)稱性周期結(jié)構(gòu)會(huì)閉合普通對(duì)稱性周期結(jié)構(gòu)的一階帶隙，轉(zhuǎn)而擴(kuò)大第二帶隙的頻寬[16-17]。這一特性意味著在不改變結(jié)構(gòu)尺寸的前提下，僅需要引入滑動(dòng)對(duì)稱性即可大幅度提升器件的工作頻率以及頻寬。以瑞典KTH的Quevedo教授為代表的科研團(tuán)隊(duì)在此領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究工作，各種基于全金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的低加工復(fù)雜度、高性能以及高魯棒性的毫米波器件被提出和設(shè)計(jì)驗(yàn)證[18-20]。

(a) 普通對(duì)稱

2 高階模波導(dǎo)傳輸線及陣列應(yīng)用

間隙波導(dǎo)技術(shù)利用了周期結(jié)構(gòu)加載引入的電磁帶隙，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁波的束縛，促進(jìn)了高頻器件的加工及系統(tǒng)封裝技術(shù)的發(fā)展。然而，當(dāng)前的主流應(yīng)用僅僅是將由周期結(jié)構(gòu)AMC作為波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的側(cè)墻使用。為了進(jìn)一步研究二維周期超材料在導(dǎo)波技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，將不同形態(tài)的周期結(jié)構(gòu)直接置于波導(dǎo)內(nèi)部，利用Bloch理論，對(duì)波導(dǎo)模式進(jìn)行人為調(diào)控。周期加載在傳輸線領(lǐng)域的典型應(yīng)用是人工表面等離子體(Spoof Surface Plasmon Polaritons，SSPPs)傳輸線，利用周期加載傳輸線色散模式的慢波效應(yīng)，將電磁場(chǎng)束縛在金屬線的表面?zhèn)鬏敗２煌赟SPPs，在封閉的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行周期性加載能夠更為自由地調(diào)控傳播模式的色散特性，而不需要考慮傳播常數(shù)是否大于自由空間態(tài)。文獻(xiàn)[21]利用周期性加載技術(shù)，調(diào)控電磁帶隙與高階導(dǎo)波模式色散曲線在頻譜上的位置關(guān)系，提出了一種支持高階模單模傳輸?shù)牟▽?dǎo)結(jié)構(gòu)，其原理如圖3所示。通過設(shè)計(jì)波導(dǎo)內(nèi)的單元結(jié)構(gòu)尺寸，將高階模式的色散曲線調(diào)整到底階模的帶隙內(nèi)。此時(shí)，在帶隙頻段內(nèi)僅有高階模式能夠以傳播態(tài)存在，對(duì)應(yīng)的低階模處于衰減態(tài)，無法被有效激勵(lì)和傳播，如圖3(b)中的色散曲線所示。由周期超材料引入的帶隙構(gòu)成了一種模式選擇器，對(duì)于特定的高階模式表現(xiàn)為通帶，而低階模式則表現(xiàn)為阻帶?；谶@一原理，提出了一種簡便高效的TE20和TE30模波導(dǎo)的設(shè)計(jì)方法。工作頻段內(nèi)利用TE10模直接激勵(lì)TE20和TE30模的過程如圖4所示。

(a) 矩形空波導(dǎo)

(a) TE20模激勵(lì)

傳統(tǒng)的波導(dǎo)技術(shù)往往選擇基模作為其工作的主模，而其他的高階模式則被視作干擾需要被屏蔽。主要原因并非是高階模式不適合信號(hào)傳輸，而是由于傳統(tǒng)傳輸線在高階模工作頻段內(nèi)可能存在多個(gè)可傳輸模式，如圖3(a)中灰色區(qū)域所示。多模傳輸狀態(tài)會(huì)惡化電磁波的傳輸質(zhì)量，導(dǎo)致信號(hào)畸變、信噪比下降和傳輸損耗的提高。為了避免引入其他模式，利用波導(dǎo)內(nèi)不同模式之間的截止頻率差，基模很容易就能實(shí)現(xiàn)單模傳輸，因此被廣泛采用。然而，高階模式的場(chǎng)分布特性在許多實(shí)際場(chǎng)景中是非常有應(yīng)用價(jià)值的。因此，支持單模傳輸?shù)母唠A模波導(dǎo)技術(shù)的提出，為高階模式的應(yīng)用提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

受限于截止頻率，高階模式需要比基模更大尺寸的波導(dǎo)來支持其激勵(lì)和傳輸，對(duì)應(yīng)著過模波導(dǎo)(Over-Mode Waveguide)。對(duì)于低頻器件設(shè)計(jì)，這種特性會(huì)使導(dǎo)波結(jié)構(gòu)過于龐大，然而當(dāng)頻率上升到毫米波以及太赫茲頻段時(shí)，其較大的結(jié)構(gòu)尺寸卻能夠有效緩解器件的加工難度。另外，由于高階的TEn0模式可視為n個(gè)TEn0模在橫向的組合，可用于設(shè)計(jì)一分n路的功分網(wǎng)絡(luò)。相較于傳統(tǒng)的功分器件設(shè)計(jì)，基于TEn0模的功分網(wǎng)絡(luò)具有更穩(wěn)定的通道幅度一致性，且每個(gè)相鄰?fù)ǖ乐g不需要額外的電壁進(jìn)行分割，從而簡化了加工步驟，避免更多誤差的引入。文獻(xiàn)[22]利用高階模波導(dǎo)，并結(jié)合陣列天線優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了一種基于等效TE12,0模饋電的毫米波端射天線陣，工作頻段覆蓋26～30 GHz，實(shí)物樣品如圖5所示。在保證天線基本電性能穩(wěn)定的前提下，此款天線將毫米波天線的基板厚度提升到2 mm(0.19λ0)，有效降低了毫米波器件對(duì)加工精度的要求。通過對(duì)不同加工誤差的分析，證明了高階模饋電網(wǎng)絡(luò)在毫米波段所具備的高魯棒性。

圖5 基于等效TE12,0模波導(dǎo)的毫米波天線陣

3 超材料金屬透鏡

超材料理論不僅能夠幫助設(shè)計(jì)電磁帶隙，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模式色散的控制，根據(jù)等效媒質(zhì)理論將超材料單元按照特定規(guī)律排列，構(gòu)建超材料透鏡天線，實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射波束的賦形。然而，傳統(tǒng)的透鏡天線和基于超材料的透鏡天線的設(shè)計(jì)，都需要使用介質(zhì)材料進(jìn)行相位的補(bǔ)償。當(dāng)頻率在毫米波頻段或者更高時(shí)，介質(zhì)的損耗會(huì)影響天線的效率，特別是在使用介電常數(shù)比較高的材料時(shí)，更不能忽略介質(zhì)損耗的問題。即使是工作在非諧振區(qū)域的超材料，也會(huì)因?yàn)榻橘|(zhì)本身的原因產(chǎn)生損耗。間隙波導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn)為低損耗的全金屬結(jié)構(gòu)透鏡天線設(shè)計(jì)提供了一種可行方案。

在波導(dǎo)內(nèi)填充周期性金屬柱后，相同頻率下波導(dǎo)內(nèi)模式的傳播常數(shù)大于空波導(dǎo)時(shí)的值，類似于電介質(zhì)填充的效果。因此，當(dāng)不同尺寸的周期金屬結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行排列時(shí)，即可等效為不同介電常數(shù)材料的空間分布。另外，由于周期金屬結(jié)構(gòu)的尺寸可連續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)的等效介電常數(shù)也具有連續(xù)性，因此設(shè)計(jì)的金屬透鏡相較于其他方案具有更高的理論精度。文獻(xiàn)[23]利用滑動(dòng)對(duì)稱周期性結(jié)構(gòu)作為全金屬H面阻抗匹配透鏡的設(shè)計(jì)單元，其等效折射率覆蓋1.1～1.7。最終的設(shè)計(jì)樣品能夠在11～19 GHz實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)天線與自由空間的阻抗匹配以及波束賦形。利用滑動(dòng)對(duì)稱性單元較寬的等效折射率范圍，還能設(shè)計(jì)出更多具有復(fù)雜功能的阻抗匹配透鏡天線，如貝塞爾透鏡等，如圖6和圖7所示。圖7(a)～圖7(d)對(duì)應(yīng)12，14，16和18 GHz工作頻點(diǎn)。

圖6 金屬結(jié)構(gòu)貝塞爾透鏡天線

圖7 貝塞爾透鏡電場(chǎng)幅度分布

將基于平面板波導(dǎo)周期性加載技術(shù)設(shè)計(jì)的透鏡置于天線的輻射面，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輻射角度的控制。文獻(xiàn)[24]利用三角形金屬透鏡，首次實(shí)現(xiàn)了固定輻射特性的漏波天線。文獻(xiàn)[25]對(duì)以上方案進(jìn)行了優(yōu)化，提出了金屬棱鏡與梯度透射超表面進(jìn)行結(jié)合，在大幅度縮小棱鏡尺寸的前提下，實(shí)現(xiàn)了固定輻射角度的自由定制。其基本原理是利用基于周期單元結(jié)構(gòu)的金屬棱鏡以及梯度超表面對(duì)漏波天線的輻射場(chǎng)在不同頻點(diǎn)上進(jìn)行色散補(bǔ)償，以抵消漏波波導(dǎo)自身的模式色散?；パa(bǔ)性固定波束漏波天線原理如圖8所示，由漏波天線輻射的電磁波進(jìn)入基于等效媒質(zhì)理論設(shè)計(jì)的金屬棱鏡后會(huì)發(fā)生第一次偏折，并輻射到位于出射面上的超表面。

圖8 互補(bǔ)性固定波束漏波天線原理

此時(shí)，超表面將提供一個(gè)恒定的表面梯度相位量。根據(jù)廣義斯涅爾定律，電磁波的輻射角度將再次被改變。其中，由棱鏡導(dǎo)致的第一次偏折將為漏波波束提供非線性的相位補(bǔ)償分量，而梯度相位超表面則提供了主要的線性相位補(bǔ)償分量。綜合這兩部分，最終的漏波天線將在超過15%的相對(duì)帶寬內(nèi)被固定在±1°范圍內(nèi)。另外，由于梯度相位超表面的加入，固定波束的輻射角度能夠?qū)崿F(xiàn)從端射到近乎邊射的角度范圍內(nèi)定制。

基于圖8框架構(gòu)建的固定波束漏波天線實(shí)物如圖9所示。其中，金屬棱鏡由基于周期性金屬柱的等效媒質(zhì)構(gòu)成。漏波天線的輻射方向圖如圖9(c)所示，在9.5～11.3 GHz頻率范圍內(nèi)，主波束都被固定在法向范圍。

(a) 整體結(jié)構(gòu)

4 漏波天線掃描特性調(diào)控

漏波天線作為一種行波天線，其主要的特征之一就是主波束指向隨頻率變化而變化，即頻率掃描特性。通過控制電磁場(chǎng)從導(dǎo)波結(jié)構(gòu)中泄漏到自由空間的速度，即可實(shí)現(xiàn)較高增益的窄波束，并利用自身的掃描特性，在有限的帶寬內(nèi)將波束覆蓋特定的空域。為了實(shí)現(xiàn)輻射波束能夠按照特定的方式進(jìn)行頻掃，需要對(duì)漏波模式的色散特性進(jìn)行調(diào)控。慢波模漏波天線正是基于周期性加載技術(shù)，利用-1階諧波實(shí)現(xiàn)電磁波在全空域范圍的掃描。文獻(xiàn)[26]基于間隙波導(dǎo)技術(shù)，在金屬波導(dǎo)內(nèi)填充周期性金屬柱，通過對(duì)導(dǎo)波模式色散的調(diào)控來實(shí)現(xiàn)漏波天線掃描速率的控制。為了適配實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，引入了相對(duì)平均掃描速率的概念，即掃過特性空域的范圍Δθ與所用的相對(duì)帶寬Δf/fc之比。通過理論分析發(fā)現(xiàn)，將漏波模式色散曲線的掃描始末端用直線相連，其對(duì)應(yīng)的斜率將直接決定相對(duì)平均掃描速率的大小。利用在空氣波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行周期性填充，能夠在保證快波輻射條件的前提下靈活地調(diào)整漏波波束的掃描速度。另外，利用滑動(dòng)對(duì)稱性單元高線性度色散的特性，還首次提出了實(shí)現(xiàn)漏波天線線性掃描的方案。對(duì)于以漏波天線為前端的雷達(dá)系統(tǒng)，具有高頻率掃描速率以及掃描線性度的波束特性，非常有利于后端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠大幅緩解AD采樣帶寬以及后處理系統(tǒng)的壓力。此技術(shù)的出現(xiàn)為漏波天線的實(shí)際應(yīng)用及推廣提供了新的方案。兼具快速掃描以及線性掃描特性的漏波天線實(shí)物照片如圖10(a)所示，對(duì)應(yīng)的掃描特性以及增益表現(xiàn)如圖10(b)所示。從仿真及實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)的漏波天線能夠在11.1～12.1 GHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)線性掃描，空域覆蓋16.7°～67.5°，相對(duì)平均掃描速率達(dá)到了589.3°，輻射增益保持在15.2～18 dBi。

(a) 加工樣品

漏波天線的波束掃描范圍幾乎可以覆蓋全空域，但在垂直邊射和端射方向往往具有較低的輻射效率，主要是由于漏波模式在垂直邊射條件時(shí)往往存在開阻帶(Open-Stop Band，OSB)，在端射方向則會(huì)激勵(lì)表面波模式。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)OSB的抑制，前人提出了許多設(shè)計(jì)方案，包括額外的周期加載以及尺寸優(yōu)化等；利用半開放平板傳輸線并加載高介電常數(shù)的介質(zhì)塊，即可實(shí)現(xiàn)高效的寬頻帶端射漏波天線。文獻(xiàn)[27]中利用四面開縫的方向波導(dǎo)設(shè)計(jì)了一款寬頻帶雙極化的端射漏波天線。傳統(tǒng)的空矩形波導(dǎo)TE10模的傳播常數(shù)都小于自由空間的傳播常數(shù)，因此無法實(shí)現(xiàn)端射角輻射。利用波導(dǎo)內(nèi)周期性加載技術(shù)對(duì)色散曲線的調(diào)控，能夠使TE10模的傳播常數(shù)在特定頻段內(nèi)與自由空間狀態(tài)相同，但滿足輻射條件的帶寬往往非常窄，且輻射方向圖較差。為了克服這一問題，本文設(shè)計(jì)了一種按照特定曲線函數(shù)填充的準(zhǔn)周期加載方式，利用不同高度的周期單元對(duì)導(dǎo)波模式進(jìn)行調(diào)控，使TE10模的傳播常數(shù)沿著輻射方向發(fā)生漸變，從而達(dá)到一個(gè)寬帶的端射陣因子條件。對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)周期加載金屬內(nèi)芯結(jié)構(gòu)如圖11(a)所示，最終的樣品如圖11(b)所示。仿真和測(cè)試結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了此設(shè)計(jì)能夠在18%的相對(duì)帶寬(7.6～9.1 GHz)內(nèi)實(shí)現(xiàn)端射角輻射，增益保持在13～15 dBi，E面和H面交叉極化水平均低于-25 dB，如圖11(c)所示。利用額外設(shè)計(jì)的正交模饋電網(wǎng)絡(luò)(Orthomode Transducer，OMT)，還能兼顧雙極化輻射的特性，具有非常高的工程應(yīng)用價(jià)值。

(a) 金屬加載內(nèi)芯

5 結(jié)束語

當(dāng)代超材料技術(shù)的發(fā)展已不局限于理論層面的研究，其全新的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)逐漸滲透到工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。超表面作為二維結(jié)構(gòu)的超材料，由于其在性能、設(shè)計(jì)及加工等方面的優(yōu)勢(shì)，已在眾多場(chǎng)景中得到應(yīng)用和推廣。隨著半導(dǎo)體及現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的技術(shù)手段在新的應(yīng)用場(chǎng)景中逐漸展露弊端。超材料技術(shù)因其獨(dú)特的電磁調(diào)控特性和簡單的實(shí)現(xiàn)方式，為微波天線和器件設(shè)計(jì)提供了全新的思路，并與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)技術(shù)互補(bǔ)，為下一代通信技術(shù)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。本文圍繞超材料技術(shù)在傳統(tǒng)導(dǎo)波結(jié)構(gòu)器件和天線設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新和應(yīng)用，梳理了相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和最新進(jìn)展，期望能夠?yàn)槌牧霞夹g(shù)的工程化提供有益借鑒。