《Electronics》：Mechanically Reconfigurable Dielectric Transmitarray for Dual-Beam Communications
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研究人员提出了一种机械可重构透射阵（Transmitarray, TA）以支持通过同时双波束辐射的点对多点（point-to-multipoint, PtM）通信。该架构采用两个独立旋转的平面介质透射阵，其传输单元介电常数被严格合成，以将馈源球面波前转换为并发
研究人员提出了一种机械可重构透射阵（Transmitarray, TA）以支持通过同时双波束辐射的点对多点（point-to-multipoint, PtM）通信。该架构采用两个独立旋转的平面介质透射阵，其传输单元介电常数被严格合成，以将馈源球面波前转换为并发多波束，从而在俯仰和方位角实现同时双波束扫描。数值分析和全波仿真表明，所提出的设计策略可实现最大55°的双波束俯仰扫描，且3 dB双波束增益带宽大于18%。采用增材制造工艺制造了一个由两个工作在35 GHz的平面介质透射阵组成的原型，产生机械扫描双波束。测量结果与预期结果吻合良好，证实了所提出合成策略的有效性。
透射阵（Transmitarray, TA）天线通过操作馈源辐射的电磁波前，在无线通信系统中展现出广泛的应用潜力。随着6G网络的发展，点对多点（point-to-multipoint, PtM）通信需求日益增长，要求天线具备同时多波束（simultaneous multi-beam, SMB）辐射能力，并支持波束扫描以覆盖不同方向。现有TA方案中，高增益单波束扫描天线已成熟，但多波束辐射多局限于固定方向，仅有一项研究通过改进最小均方误差方法实现了机械可重构的SMB扫描，但仅限于主平面。其他基于旋转表面的机械扫描天线（如Risley棱镜天线）仅能产生单波束。因此，需要一种新型机械可重构TA，实现俯仰和方位角二维同时双波束扫描，以支撑未来空间-空中-地面集成网络（space-air-ground integrated networks, SAGINs）及灾难管理场景。
本研究提出了一种机械可重构TA，由两个独立旋转的平面介质TA（TA1和TA2）级联而成，每个单元由介质构成，其介电常数通过严格合成实现波前操控。该方案通过等效传输线模型（transmission line model, TLM）快速合成每个单元的介电常数对，并计算整体辐射性能。研究人员在35 GHz工作频率下，采用数值分析和全波仿真（CST Microwave Studio 2025）验证了设计：双波束最大俯仰扫描角达55°，3 dB增益带宽超过18%，平均峰值旁瓣电平（peak sidelobe level, PSLL）约为-10.5 dB。随后，通过熔融沉积建模（fused deposition modelling, FDM）3D打印技术，以PLA材料（介电常数3，损耗角正切0.01）制造了原型，并使用开口WR28波导作为馈源（焦距直径比F/D=0.5）。测量结果与仿真吻合良好，双波束增益约18-19.7 dBi，PSLL约-7 dB，辐射效率约90%，验证了合成策略的有效性。
研究采用的主要关键技术方法包括：基于等效传输线模型（TLM）的介电常数合成方法，用于计算每个单元所需的介电常数对以实现双波束波前变换；全波电磁仿真（CST Microwave Studio 2025）进行辐射性能评估；熔融沉积建模（FDM）3D打印技术制造介质TA，材料为PLA；通过穿孔介质单元结构实现有效介电常数在1至3之间连续调节。馈源为开口WR28波导，F/D=0.5。
**2. Mechanical Reconfigurable TA Design with SMB Radiation**
通过等效传输线模型（TLM）和合成公式，设计了双波束辐射的介电常数剖面。推导了波束指向与两个TA旋转角（ω?和ω?）的关系，揭示了双波束在uv平面的覆盖区域可通过调整参数θ?a和θ?灵活适应不同应用需求（如无人机网络和地面/非地面系统）。结论：所提方法可提供双波束2D机械扫描，覆盖范围可控。
**3. Full-Wave Results**
全波仿真在35 GHz下评估了双波束辐射性能。当波束位于主平面时，增益约18.5-20.2 dBi，PSLL约-7.5 dB；当波束位于非主平面时，PSLL低于-10 dB，平均PSLL约-10.5 dB。频率响应显示，在32-38 GHz范围内，最大双波束增益出现在35 GHz，3 dB增益带宽大于18%，最大扫描角55°出现在32 GHz。结论：所设计TA在宽频带内保持稳定双波束扫描，旁瓣抑制良好。
**4. Prototype and Measurement**
3D打印原型（直径128.6 mm，单元周期4.29 mm）的测量结果与仿真对比表明，在主平面（?=0°）内，极端波束指向（θ=51°和21°）时峰值增益分别为19.7 dBi和18.4 dBi，PSLL约-7 dB；旋转TA2后双波束移至负角度，增益约18-18.5 dBi。频率响应测量与仿真一致，注意到边缘波束（#2）增益较低且带宽较窄。辐射效率约90%，增益降低0.4 dB。结论：测量验证了理论框架与合成方法的可靠性，尽管存在制造公差导致的微小偏差。
**讨论与结论**
讨论部分指出，尽管原型仅验证了主平面内的双波束扫描，全波仿真已证明其2D机械扫描SMB能力。与现有TA设计相比，本研究首次实现了机械可重构的二维同时双波束扫描，并具有点对多点通信潜力。研究结论翻译如下：本研究提出了一种机械可重构透射阵（TA），通过同时多波束（SMB）辐射实现点对多点（PtM）通信。该架构采用两个独立旋转的平面介质TA，其介电常数剖面被严格合成，以将馈源球面波前转换为并发多波束。结果显示了3 dB并发双波束增益带宽大于18%，最大扫描角55°。演示了通过3D打印制造的机械扫描全介质TA原型。测量与仿真结果良好吻合，确认了设计过程的可靠性。所提出的2D机械扫描SMB合成已针对两个并发波束进行了评估。未来改进可考虑多于两个主峰的多波束辐射。该论文发表在《Electronics》上。
