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碳中和 4

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一种改进的用于加载微型航天器小型化超宽带多共振贴片天线的新型H形裂环谐振器超材料 Article

Parul DAWAR, N. S. RAGHAVA, Asok DE

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第11期页码 1883-1891 doi: 10.1631/FITEE.1601193

摘要：本文设计并分析了一种改进H形裂环谐振器（split ring resonator, SRR）的新型超材料。它具有负磁导率和负介电常数特性，且在X，Ku和Ka频带内具有多频共振特性。本文就超材料方向和位置的变化对不同配置下的贴片天线进行了分析。结果表明，新型超材料天线实现了性能优化，表现为9 dB的可观增益，77 GHz的带宽，100%的辐射效率，以及有源区65%的面积缩减。二阶分形超材料天线尺寸降至1/21，从而实现了高度小型化。该研究为急需小尺寸尖波束的通信领域提供了一种解决方案。

关键词：超宽带；天线；超材料

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基于高介电常数超表面透镜调制的性能增强对跖Vivaldi天线 Research Article

潘少鹏1,林铭团2,亓琳1,陈攀1,冯杨1,李高升1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第12期页码 1551-1684 doi: 10.1631/FITEE.2100139

摘要：设计了工作频段为2～20 GHz的超表面单元以增强对跖Vivaldi天线的增益和辐射性能。设计的超表面单元结构简单、超宽带性能稳定、介电常数高，可独立调制两个极化电磁波。分析了单元上的电流分布，并提取等效电磁参数，以验证超表面单元对x极化电磁波和y极化电磁波进行独立调制的能力。设计的超表面单元被集成到对跖Vivaldi天线的口径中形成超表面透镜，用于引导电磁波传播。提出两种超表面透镜，将它们分别集成到对跖Vivaldi天线中衍生出天线Ant1和Ant2，并从电场幅度和相位角度分析透镜对电磁波的调制作用，进而得到最终设计方案。根据优化设计结果，加工并测试对跖Vivaldi天线和提出的天线Ant2，测试与仿真结果吻合良好。Ant2测得的阻抗带宽基本覆盖2～18 GHz频段，与传统对跖Vivaldi天线相比，提出的天线Ant2增益提高0.6～3.7 dB，副瓣电平大大降低，方向性也得到明显改善。

关键词：对跖Vivaldi天线；超宽带；高介电常数；双极化；超表面透镜

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一种用于用户端设备且工作在2G/3G/4G/IMT/5G频段的小型化超宽带交叉振子天线 Correspondences

郭景丽1,崔伦1,刘英1,孙保华1,李肖锋2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第2期页码 339-345 doi: 10.1631/FITEE.2000456

摘要：设计了一种用于用户端设备（CPE）且工作在2G/3G/4G/IMT/5G频段的小型化超宽带交叉振子天线。单个交叉振子的双臂由阶梯型枝节组成，天线的带宽不但能够通过选择阶梯型枝节的阶数来控制，还可以通过延伸枝节末端来展宽。偶极子通过连接在同轴线上的微带枝节来馈电。此外，通过在交叉振子下方增加开缝的寄生贴片，天线整体的带宽能够扩展到5G sub-6 GHz频段。此外，对天线结构进行了加工和测试。结果表明天线的10 dB相对带宽为147.3 %（0.77–5.07 GHz），双端口之间的隔离度优于20 dB。

关键词： 5G；交叉振子；双极化天线；终端天线；超宽带

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一种作为主动控制宽带吸波器的热可调超材料 Article

邢校菖, 曹阳, 田小永, 吴玲玲

《工程（英文）》 2023年第20卷第1期页码 143-152 doi: 10.1016/j.eng.2022.04.028

摘要：

近年来，超材料因其操纵电磁波的强大能力而受到越来越多的关注。然而，大多数先前报道的超材料无法动态调控超宽波段电磁波。在本文中，我们提出了一种使用具有不同相变温度的石蜡基复合材料（PDCs）来实现热可调谐宽带吸波的超材料结构体（T-TBM）。T-TBM可以改变吸收峰值带宽（反射损耗值小于−30 dB），并且通过调整T-TBM 的温度依然满足宽带吸波（反射损耗值小于−10 dB）。该器件在电磁吸收、智能超材料、多功能结构器件等领域具有广阔的应用前景。

关键词：超材料主动控制热可调宽带吸波

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基于色散可调超构表面的宽带低剖面天线研究综述 Review Articles

Wei E. I. LIU, Zhi Ning CHEN, Xianming QING

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第1期页码 27-38 doi: 10.1631/FITEE.1900473

摘要：超构表面支持传播导波和表面波，并表现出新颖的色散特性。通过调控其独特的色散特性、设置特殊的边界条件以及选用合适的激励机制，低剖面的超构表面天线也能激励起多个邻近的谐振模式以实现宽带定向辐射。本文首先介绍3类典型宽带低剖面色散可调超构表面天线及其工作原理，接着详细综述色散可调超构表面天线技术的研究进展，重点讨论小型化、圆极化、波束扫描等应用设计。这种新近发展的色散可调超构表面技术，不仅能为宽带低剖面天线设计提供解决方案，更显示其在新型天线技术研发中的巨大潜力。

关键词：超构表面天线；色散调控；复合左右手色散特性；导波；表面波；宽带；低剖面

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一种具有极化/方向图分集的新型宽带环形天线 Correspondence

孙莉1,周世钢1,张关喜2,孙保华3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第6期页码 975-983 doi: 10.1631/FITEE.2100421

摘要：

提出一种应用于极化/方向图分集的新型宽带环形天线。该天线由8个环形排列的印刷偶极子天线组成，相邻偶极子臂交叠排列以实现容性加载。与传统环形阵列天线不同，本文首次提出相邻两个单元抽取式激励的馈电方式，并证明此方法可保持天线的宽带特性。在该环形天线的口径下，具有4个独立馈电端口，因此可通过适当的馈电网络实现极化/方向图分集特性。以该环形天线为例，设计了一个宽带双极化环形天线。为在Z方向上实现两个具有最大辐射的正交线极化，周期性地提取两个相邻单元，并通过一个端口馈电。由于所提天线是空心的，它可以作为多频带共用孔径天线单元应用。仿真和测试结果表明该天线的两个正交极化同时具有电压驻波比小于2的50.5%（1.04–1.82 GHz）工作带宽，端口间隔离度小于23 dB。

关键词：环形天线；宽带天线；极化分集；方向图分集

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基于玻璃集成无源器件工艺的60-GHz小型化宽带超表面天线 Research Articles

Hai-yang XIA, Jin-can HU, Tao ZHANG, Lian-ming LI, Fu-chun ZHENG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第1期页码 174-181 doi: 10.1631/FITEE.1900453

摘要：提出一种面向封装天线应用的60-GHz小型化宽带超表面天线。基于玻璃集成无源器件制造技术，采用共面波导馈电环形谐振器表征玻璃基板的材料特性。该天线于高介电常数玻璃基板上设计以实现天线小型化。在TM10模式下，贴片单元之间的间隙使该天线贴片辐射孔径得以减小。该天线在结构上采用共面波导馈电，进而激励蝶形缝隙，最终耦合激励位于天线上表面的超表面贴片。该天线可同时支持TM10模和反相TM20模，从而提升带宽性能。经过设计、优化及加工，该天线的辐射贴片尺寸为0.31λ0×0.31λ0，厚度为0.06λ0。采用基于探针结构的天线测量装置完成该天线测试，测试结果显示天线带宽为53.3～67 GHz。在60 GHz频点处，该天线增益测量值约为5 dBi。

关键词： 60 GHz；封装天线；共面波导馈电环形谐振器；玻璃集成无源器件；超表面天线；小型化天线

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多径环境下脉冲超宽带系统的传输性能分析

林迪,沙学军,吴宣利,张乃通

《中国工程科学》 2009年第11卷第2期页码 75-81

摘要：

为分析多径环境下脉冲超宽带跳时多址系统的传输性能，通过研究IEEE802.4.53a工作组给出的多径信道参考模型，提出了一个同时存在符号间干扰、符号内多径干扰和多用户干扰的跳时超宽带系统相干解调的性能分析模型，分别得到了符号内多径干扰、符号间干扰和多用户干扰的方差，且推导得到了系统的误比特率计算公式，并用计算机仿真验证了公式的有效性。

关键词：超宽带符号内多径干扰符号间干扰多用户干扰传输性能分析模型

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基于变压器CMOS超宽带毫米波电路分析与设计综述 Review Articles

Yi-ming YU, Kai KANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第1期页码 97-115 doi: 10.1631/FITEE.1900491

摘要：近年来，由于大量毫米波无线应用的产生，具有更强通用性的宽带毫米波电路和系统引起广泛关注。总结了4种基于片上变压器结构超宽带毫米波电路的理论分析、设计方法和综合性能。进一步，采用类似注入锁定技术结合变压器高阶谐振腔方案，实现了一款超宽带毫米波注入锁定分频器。

关键词：硅基集成电路；毫米波；超宽带；变压器；低噪声放大器；倍频器；分频器；混频器

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超材料：重新塑造与重新思考 Review

刘若鹏,季春霖,赵治亚,周添

《工程（英文）》 2015年第1卷第2期页码 179-184 doi: 10.15302/J-ENG-2015036

摘要：

超材料是一种复合材料，它在声学、电学、磁学或光学等方面的材料特性是由基体和基体中的微结构共同决定的，而且微结构在其中起到了决定性的作用。超材料在发展过程中不断地重新定义着材料科学的边界。在电磁学领域和其他领域，借助于定制化的材料特性和在外部刺激作用下的可调特性，这种材料展现出了优越的灵活性。在本文中，我们对超材料技术及其转化方面进行了介绍，对其工业化进程进行了分析，并且提供了自身的经验和对未来的展望。

关键词：超材料，超材料表面，智能结构，超材料器件，工业化

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工程材料研究中科学问题的思考

于翘

《中国工程科学》 1999年第1卷第3期页码 1-4

摘要：

在不少场合下，航天用工程材料处在极端条件下工作，这就对材料提出许多特殊的要求，虽然国内外有一定的研究积累，但对更精确的模型和符合特定材料的损伤的状态方程，有待深一步研究。如高级弹头再入时气动加热和粒子云侵蚀以及两者耦合效应引起弹头防护材料增大后退量的问题；空中垃圾和微流星的高速碰撞对航天器的威胁；特别是核爆和激光武器对材料的损伤和破坏，实质上是辐射引起的热击波层裂破坏，这些都属于超高速碰撞对材料的响应问题。天线罩材料、吸波材料、红外隐身材料、电磁屏蔽材料都是具有不同波长电磁波的电磁功能材料，它们对固体介质的穿透、吸收、反射等会产生响应，不同的电磁功能材料，其宏观性能的物理参量不同，但有几个参量是通用的，如介电常数、磁导率和损耗角正切，搞清这些参量与材料微观结构的关系，可以为材料设计和材料创新提供科学依据。

关键词：天线罩材料吸波材料红外隐身材料电磁兼容材料

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超材料技术及其应用展望

周济,李龙土

《中国工程科学》 2018年第20卷第6期页码 69-74 doi: 10.15302/J-SSCAE-2018.06.011

摘要：

超材料是一类利用人工结构作为功能单元构筑的新型材料，可实现自然材料无法获得的新性能，得到了世界各国的高度重视，被美国国防部列为六大颠覆性技术之一本文从工程应用出发对超材料技术的形成和发展做了简单评述，总结了过去一些年超材料在几个典型领域，如隐身、电子元器件及机械减震系统中取得的若干重要突破，预测了可能导致颠覆性技术的几个方向，如超材料透镜技术、超材料全光调控技术，以及超材料与常规材料的融合等，并对超材料技术未来发展的难点和战略思路提出了建议。

关键词：超材料人工结构颠覆性技术材料设计

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用于卫星跟踪的加载顺序馈电网络的宽带高增益北斗天线 Research Article

邓卓林1,田中玉1,段晨贺1,肖培1,刘柱2,李高升1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第10期页码 1471-1481 doi: 10.1631/FITEE.2200244

摘要：北斗三号卫星导航系统于2020年正式启用，为全球人民带来高性能服务的同时，导航系统也对北斗天线的设计提出更高要求。本文提出一种宽带圆极化高性能北斗天线。该天线通过四端口顺序馈电网络实现宽带圆极化辐射，馈电网络从1.05 GHz到1.80 GHz的相位不平衡度小于7°。制造的天线在整个全球导航卫星系统（GNSS）频带上的回波损耗大于13 dB，轴比< 3 dB，右旋圆极化增益（RHCP）在GNSS低频段大于4 dB，在高频段可达7.1 dB以上。本文天线尺寸为120 mm×120 mm×20 mm，即0.54λo×0.54λo×0.09λo，其中λo是中心频率波长。设计的天线连接到GNSS接收机上搜索到12颗北斗卫星，GNSS信号的信噪比( )大于30 dB。这种高性能天线将为人们提供高质量的定位服务。

关键词：北斗天线；宽带圆极化辐射；四端口顺序馈电网络；全球导航卫星系统（GNSS）接收机；卫星跟踪

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一种高增益、宽频带的毫米波双极化法布里—佩罗天线

郭庆毅,黄衡

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 599-608 doi: 10.1631/FITEE.2000514

摘要：宽带高增益毫米波天线作为通信传播和电子设备之间的接口，为补偿通信系统的路径损耗、提高数据传输提供了保障。本文提出一种高增益、宽频带的毫米波双极化法布里—佩罗天线，采用宽带的双极化馈源、近似椭圆抛物面的反射地板以及全对称的集成菲涅尔环的单层部分反射表面，实现了宽带高增益的双极化毫米波法布里—佩罗天线设计，为毫米波天线应用和未来通信系统以及通信方案的创新奠定基础所提出的天线结构由宽带双极化馈电源、准抛物面反射面和集成菲涅尔环的部分反射表面组成。宽带馈电源是一个3层介质层结构，具有垂直极化和水平极化的2个馈电端口，其辐射器是一个电磁偶极子。此馈电源采用磁电偶极子的辐射体结构实现宽带的特性，通过十字形馈电缝隙提高两个极化之间的极化隔离度，形成宽带高隔离度的毫米波双极化馈电源。设计了准抛物面的反射地板以形成法布里—佩罗腔体，从而激励多模高斯模式，实现整个腔体的宽带化。最后，采用菲涅尔环集成的部分反射表面，完成对电磁波的相位调控，实现天线的高增益特性。

关键词：双极化；法布里—珀罗腔天线；与菲涅耳带透镜集成的部分反射面；毫米波波段；高增益；宽带