鑽石舞台

摘要：東南大學馬慧鋒教授和崔鐵軍院士團隊提出一種可產生任意極化空間波的高效超表面發射器，該裝置由單極子天線作為饋源，能量先耦合到超表面形成表面波，再經調製轉換為任意極化的空間波。作為功能驗證，研究人員設計了多種不同極化的超表面發射器。

關鍵詞：Advanced Materials Technologies，超表面發射器，極化調控，表面波，空間波

超表面是由亞波長單元周期/准周期排布構成的新型人工電磁表面，具有低剖面、易加工等優點，能夠對電磁波進行多維度調控。然而，目前超表面對電磁波的操控大多是對已經存在的空間電磁波進行調控，工作在反射區域或透射區域，其本身並不能產生空間電磁波。全息人工阻抗表面可視為一種輻射超表面，單元特性由本徵阻抗表徵，當表面阻抗滿足一定的周期排布規律時，能產生空間波輻射，通常被用來設計漏波天線。然而，此類方法具有孔徑效率低、交叉極化大等缺點。

針對上述問題，東南大學毫米波國家重點實驗室馬慧鋒教授、崔鐵軍院士團隊提出一種基於相位調控的超表面發射器，可以高效輻射電磁波，並實現了對輻射波極化的完全控制。如圖1所示，發射器以單極子天線為饋源，能量首先耦合到超表面上形成表面波，當超表面單元滿足合適的相位梯度時，表面波可以被轉換為空間波。此外，由於任意極化的空間波都可以看作是左旋圓極化波和右旋圓極化波的組合，在超表面的設計中引入極化調控相位，即可對輻射波的極化進行調控。進一步地，結合口面場疊加原理，可實現不同極化的多波束輻射。研究人員利用傳輸相位和幾何相位將左旋圓極化波和右旋圓極化波解耦，實現所需的輻射相位和極化調控相位，完成超表面輻射器的設計。

研究人員設計並加工了產生徑向極化、角向極化、線極化、圓極化單波束輻射以及不同極化雙波束輻射的超表面發射器。結果顯示，超表面的輻射效率高達95%，交叉極化低於20 dB。此項工作提出了利用單層超表面輻射任意極化空間波的有效方法，具有低剖面，高效率，易集成等優點。調整超表面單元的尺寸並選擇合適的饋源(如量子發射體)，該方法可以擴展到更高頻段，在新型片上器件的開發中具有廣闊的前景。

東南大學毫米波國家重點實驗室博士生張泰藝為論文第一作者，馬慧鋒教授和崔鐵軍院士為論文通訊作者。相關結果發表在Advanced Materials Technologies上。