基于超原子合成方法的亚波长厚度无源宽带反射超表面设计与实验验证

《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》：Multi-Objective Synthesis Approach for Dispersion Controlled Metasurfaces with Full Phase Coverage

　　

尽管具有诸多优势，但由于反射型超表面的元件共振带宽较窄，其实际操作带宽往往受到限制，从而降低了其在宽频范围内的效果。为满足新兴高带宽应用的需求，近期在印刷电路超表面领域的进展主要集中在通过精确调节单元格合成过程中的L和C参数来控制色散特性，以实现宽带性能。为了有效调节色散特性，需要改变多个几何参数。然而，在整个2π反射相位范围内实现所需的色散特性同时保持参数变化的一致性，并满足制造限制，仍然是一个重大挑战。本文探讨了一种用于制造亚波长厚度无源宽带超表面的超原子合成方法，该方法以表面阻抗为特征。我们的方法包括一个优化过程，通过调整相位曲线的频率导数（斜率）来实现宽操作带宽和几乎完整的2π相位覆盖范围，同时确保制造的便捷性。通过全波仿真证明了在非相同邻居结构背景下，反射型单元格能够实现宽带性能和所需的相位分布。使用标准PCB技术制造的超表面测量结果验证了仿真结果。随后，我们设计了一种无源、大孔径、多谐振器的宽带超表面。研究进一步将实验获得的入射波前数据纳入半解析模型中，以估计该大孔径超表面在V波段频率下的远场行为。最后，我们通过双站反射测量验证了预测的远场模式。