共形超材料天线的场变换理论和智能方法研究

Compared to traditional metamaterial antennas, conformal reconfigurable metamaterial antennas have many new electromagnetic characteristics, making them have great potential to bring revolutionary changes for the communicating systems in the fields of both military and civilian. However, to date, there is no effective and comprehensive design theory for conformal reconfigurable metamaterial antennas. In this project, a novel conformal method for metamaterial antennas will be proposed, which includes active transformation optics and field transformation theory for addressing the source conformal issue and metamaterial conformal issue, respectively. Furthermore, a new optimized reconfigurable approach for conformal metamaterial antennas will be developed, which includes a new zone control method and an automatic grouping strategy to solve the reconfiguration challenges, such as unit cell inconsistency and control circuit complexity. Based on the above proposed theory, a comprehensive design approach will be developed for conformal reconfigurable metamaterial antennas, which will be expected to effectively solve the complex conformal issues and to provide a new method for realizing reconfiguration. This project paves the way for the applications of conformal reconfigurable metamaterial antennas, benefiting Chinese industry, society and national defense.

共形智能超材料天线具有传统超材料天线不具备的新颖电磁特性，在军民领域展现出极大的发展潜力。但是，目前这类天线缺乏有效的共形设计理论和智能实现方法作指导。本项目将结合场变换理论与有源变换光学，解决天线源与超材料结构的共形难题，建立超材料天线的共形设计方法。在此基础上，提出分区控制技术和自动分组策略，建立适用于共形超材料天线的新型可重构方法，解决可重构设计中单元不一致性和控制电路复杂等问题。基于以上理论方法的研究与突破，综合形成一种共形智能超材料天线的设计思路，预期能够有效解决超材料天线复杂的共形设计问题，并为其实现智能化提供新的技术途径。本项目将为共形智能超材料天线的发展与应用奠定理论基础。

随着先进隐身技术的发展，能与飞机表面贴合、且具有动态感知和信息处理等电磁功能的共形智能超材料天线展现出了很大的发展潜力。目前的共形设计方法多用在阵列天线领域，适用于相对规则的共形面，且分析较为复杂，运算速度和准确度都不高。因此，超材料天线缺乏有效的共形设计理论和智能实现方法。.本项目研究了场变换理论的内涵与实质，探索了将场变换理论应用在共形设计中的工作机理，推导了不同边界条件下电磁场的分布情况和对应的变换媒质等效参数表达式，验证了场变换理论解决超材料共形问题的可行性。结合有源变换光学理论，通过应用坐标变换计算了变换媒质，并根据变化表达式计算了变换后共形面上的电流分布，获得了与平面微带贴片天线具有一致电性能的圆柱面微带贴片天线，实现了天线源从平面到共形面的变换。为了验证提出的基于场变化理论的共形超材料实现方法，本项目根据应用需求设计、加工并测试了三种平面参照超材料天线样机，用于提取后续共形超材料天线所需的电磁场分布。三种参照天线分别为可以实现一维扫描、二维扫描以及频率调谐功能的超材料天线。本项目提出了“等效源变换—连续源离散—填充变换媒质—等效源还原”的四步法来解决超材料结构的共形问题。通过采用以上四个步骤，并对超材料单元的排布方式和单元间距进行合理设计，可以实现超材料的共形，并有效消除单元互耦作用。本项目基于上述共形方法设计了一种共形超材料天线，其电性能与平面参照超材料天线基本一致。.综上所述，本项目结合有源变换光学和场变换理论建立了超材料天线的共形设计方法，基于分区控制技术探索了共形超材料的可重构实现方法，为共形智能超材料天线的实现奠定理论基础。本项目能够按照目标和内容执行研究进度。.研究成果方面，本项目共发表/申请相关论文/专利共十项，其中项目负责人以第一作者身份发表SCI检索期刊论文3篇、EI检索会议论文2篇，申请专利2项，参加本领域顶级国际会议两次。依托本项目培养研究生6人。