基于人工表面等离激元的功能集成型辐射器研究

Spoof surface plasmon polariton (spoof SPP) transmission line exhibits strong ability to manipulate electromagnetic waves. Its good performance in conformal, field confinement and low loss draw much attention recent years. Spoof SPP-based beam emitter, as one of the new types of devices, is of great value in wireless communication system. Therefore, research on planar spoof SPP-based multi-functional beam emitter will satisfy the demand of modern wireless communication system. It can help reduce the number of devices in wireless communication system efficiently, lower the cost, and go with the development trend of the system. This project will focus on multi-functional beam emitter on the basis of planar spoof SPP. Firstly, the physical characteristic of odd mode and even mode of spoof SPP should be revealed, laying foundations for the excitation of the two modes, as well as dynamic control. Secondly, disturbations will be introduced during the propagation of spoof SPP to realize the transformation from spoof SPP mode to radiation mode. Finally, multi-functional beam emitter can be achieved by using reconfigurable and tunable devices, which will give chance to dynamic control of electromagnetic waves as well. All these research achievements will provide technical supports for spoof SPP-based wireless communication systems, and also improve the performance of existed systems, possessing important theoretical significance and good prospect of engineering application.

人工表面等离激元传输线具有亚波长电磁调控能力，因其易共形、强场束缚、低损耗等优点，近年来受到人们的广泛关注。人工表面等离激元辐射器作为一种新型器件，其优异的物理性能将大大提高无线通信系统性能。因此研究基于平面人工表面等离激元的功能集成型辐射器，可满足现代无线通信系统的需求，有效减少系统中的器件数目，降低系统构建过程中的成本，顺应无线通信系统平面化、大容量、多功能的发展趋势。本项目围绕平面人工表面等离激元功能集成型辐射器开展创新性研究：1.揭示人工表面等离激元奇、偶模的物理特性，分别实现两种模式的高效激励及动态调控；2.研究人工表面等离激元传输模式与辐射模式间的转换，揭示扰动在转换过程中的作用机理，实现高效辐射；3.在辐射器设计中，引入有源器件，实现可重构、多波束等功能集成型辐射器。本项目的研究成果将为人工表面等离激元通信系统提供必备的技术储备，具有重要的理论意义和工程应用前景。

随着无线通信技术的不断升级，辐射器件的应用场景更加多样化。固定的单一波束已经无法满足所有应用场景的需求。现代微波遥感技术、无线通信技术以及成像系统要求辐射器具有动态调节的功能。同时，多输入多输出(MIMO)技术的广泛应用，极大的提高了通信系统的通信容量，但同时也对辐射器提出了新的设计要求，如多波束辐射。辐射器作为无线通信系统中的重要组成部分，其性能直接影响整个系统的优劣。人工表面等离激元传输线具有亚波长电磁调控能力，因其易共形、强场束缚、低损耗等优点，近年来受到人们的广泛关注。基于人工表面等离激元的辐射器作为一种新型的高性能器件，其优异的物理性质可大大提高无线通信系统的性能。而功能集成型辐射器也将有效减少无线通信系统中的器件数目，降低无线通信系统构建过程中的成本，顺应无线通信系统平面化、大容量、多功能的发展趋势。本项目的研究成果将为基于人工表面等离激元的通信系统提供必需的技术储备，改进、提高现有的系统性能，具有重要的理论意义和工程应用前景。.本项目围绕不同模式的人工表面等离激元的传输特性和辐射特性，开展了系统的机理研究和技术探索。通过探索不同模式人工表面等离激元的激励和调控手段，寻求人工表面等离激元模式和辐射模式之间新的耦合机制，实现了人工表面等离激元辐射器的功能集成。具体地，本项目实现了如下目标：.（1）支持不同模式人工表面等离激元的单元结构设计及色散特性分析；.（2）在传输线中引入跳跃单元，破坏稳定传输条件，实现人工表面等离激元模式与辐射模式之间的高效转换；.（3）人工表面等离激元辐射器功能集成。