超宽带共极化相位梯度超表面的设计

摘要

为了实现电磁波的传播和共极化特性调控,利用PB几何相位理论设计了一种基于“弯工”形的金属结构超表面,采用10种不同的单元进行空间排布,每个相邻单元相位差为π10,实现了0~2π相位内的反射波相位调控。基于广义斯涅尔定律构建了相对带宽为57.3%的相位梯度超表面,其基本单元由顶层弯工形金属结构、中间为介质层与底层铜金属板组成。通过在不同频点处分别入射线极化波和圆极化波,能够实现对任意波束入射下的反射波束的偏转调控。仿真了在不同频点下的反射波束的偏转角度,并且与理论结果相一致。在设计频段范围内其共极化转换效率达90%以上,镜面反射率在-20 dB以下。通过测试所制作的超表面的镜面反射率为-15 dB与仿真结果基本相吻合。与传统超表面相比,所设计的超表面其频带范围在18.8~33.9 GHz,具有宽频带、高极化转换率、体积小、成本低的优点。该超表面能够应用在诸多方面如5G技术、高增益天线、超宽带隐身和雷达散射RCS等。