基于3D变换电磁学和2D表面电磁学的电磁场操控和天线设计

2020年第21卷第3期

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《信息与电子工程前沿（英文）》 >> 2020年第21卷第3期 doi: 10.1631/FITEE.1900489

基于3D变换电磁学和2D表面电磁学的电磁场操控和天线设计

¹. School of Electrical Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China
². Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Central Florida, Orlando, FL 32816, USA
³. Department of Electrical and Computer Engineering, King Abdulaziz University, Jeddah 22254, Saudi Arabia

发布日期： 2020-04-01

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摘要

尽管人们已经开发了针对不同类型天线的多种设计技术，如线天线、贴片天线、透镜天线以及反射面等，但尚未构建普适的框架技术——普适框架技术应可用于各种天线的综合与设计，使天线具有满足使用者特定需求的电气特性。近年来，5G通信及各种空天技术、国防应用、生物医疗和类似应用的快速发展，迫切需要天线设计技术的大幅提升。本文从场操控角度剖视天线设计技术，为这种框架性构建提供一个可能的思考，以期最终部分满足这种需求。首先，回顾现有操控技术，包括基于麦克斯韦方程和波动方程在内的场变换方法，指出这些技术的局限性，并提出改善性能的方法。其次，介绍一种基于2D超表面的场操控方法及其理论基础——广义反射和折射定律。进一步，探索如何利用2D超表面克服传统的由临界角严格限制的反射和折射局限性。最后，给出场操控方法在天线设计中的应用实例，以期引导人们发展面向未来通信天线设计的通用策略和方法。

关键词

场操控 ; 变换光学 ; 天线设计 ; 表面电磁学