Coding Anisotropic Metasurface dengan Radiasi Merdu Broadband Terintegrasi dan Performa Hamburan Rendah
Abstrak
Dalam makalah ini, kami mengusulkan metasurface elektromagnetik pengkodean (EMMS) dengan radiasi merdu broadband terintegrasi dan kinerja hamburan rendah. Elemen anisotropik menunjukkan fase berlawanan di bawah x - dan y Insiden terpolarisasi diselidiki dan dikodekan sebagai elemen dasar "0" dan "1". Elemen-elemen ini kemudian diatur dalam tata letak yang dioptimalkan menggunakan algoritma simulasi anil untuk melakukan EMMS. Dengan cara ini, hamburan difusi diwujudkan dalam broadband. Sementara itu, ketika "0" dan "1" diumpankan dengan benar, EMMS pengkodean menampilkan radiasi terpolarisasi linier atau sirkular pita lebar dengan profil simetris. Hasil simulasi dan eksperimen memverifikasi bahwa metode kami menawarkan cara sederhana dan cerdik untuk mengintegrasikan radiasi pita lebar dan hamburan rendah ke dalam satu EMMS pengkodean tunggal.
Latar Belakang
Elektromagnetik (EM) metasurfaces (EMMS), artifisial dibangun oleh partikel sub-panjang gelombang periodik atau kuasi-periodik, dilambangkan sebagai versi permukaan metamaterial tiga dimensi [1, 2]. Berdasarkan struktur kompak, profil rendah, bentuk konformal yang baik, biaya rendah, dan fabrikasi mudah, EMMSs telah banyak diselidiki dan direkayasa untuk memanipulasi gelombang EM [3,4,5,6,7,8,9], seperti polarisasi, amplitudo, dan fase.
Terutama, EMMS anisotropik lebih siap untuk mencapai sejumlah karakteristik menarik yang tidak mungkin dilakukan dengan yang isotropik dalam beberapa kesempatan. Untuk rekayasa polarisasi, dengan menggunakan partikel anisotropik untuk membangun EMMS konversi polarisasi reflektif atau transmisif, seseorang hampir dapat mewujudkan polarisasi arbitrer dari satu polarisasi tertentu, seperti polarisasi linier ke polarisasi linier [10,11,12,13], polarisasi linier ke polarisasi sirkular [14,15,16], polarisasi melingkar ke polarisasi melingkar [17, 18], dan seterusnya. Antena terpolarisasi sirkular, perangkat pengontrol polarisasi, dan pengurangan penampang radar (RCSR) dapat dicapai lebih lanjut berdasarkan manipulasi polarisasi. Penyerapan adalah cara umum untuk manipulasi amplitudo. Melalui perubahan orientasi celah relatif atau offset pusat tetangga dari resonator cincin split anisotropik berlapis-lapis [19,20,21], seseorang dapat menyesuaikan interaksi medan dekat di antara mereka. Dengan cara ini, refleksi dan transmisi rendah dapat diperoleh secara bersamaan untuk mencapai penyerapan yang sempurna. Adapun manipulasi fase, dengan hati-hati merancang geometri partikel sub-panjang gelombang dari EMMS, diskontinuitas fase diberikan di permukaan yang dipantulkan atau ditransmisikan dapat dicapai. Dengan demikian, banyak perangkat EM yang menarik, seperti lensa metasurface [22, 23], hologram metasurface [24, 25], cloaking tak terlihat [6], manipulasi spin-orbit [26, 27], dan beberapa antarmuka fungsional lainnya [28,29] ,30,31], dapat direalisasikan.
Baru-baru ini, pengkodean EMMS telah mendapatkan perhatian intensif sebagai paradigma lain untuk memanipulasi propagasi gelombang EM [32,33,34,35]. "Bit kode" diwakili oleh partikel konstitutif dengan respons fase yang berbeda. Ambil EMMS 1-bit sebagai contoh, elemen berkode "0" dan "1" ditiru oleh struktur konstitutif dengan pergeseran fasa 0° dan 180°, masing-masing. Melalui campuran spasial tertentu dari elemen kode ini, EMMS 2-bit, 3-bit, dan multi-bit selanjutnya dapat diselesaikan [36,37,38]. Dengan tuntutan multifungsi dan tunabilitas perangkat EM, komponen yang dapat dialihkan dan perangkat keras larik gerbang yang dapat diprogram di lapangan disertakan dalam pengkodean desain EMMS. Oleh karena itu, EMMS yang dapat dikonfigurasi ulang [39] dan dapat diprogram [40] kemudian diperoleh. Berdasarkan konsep “pengkodean” yang disebutkan di atas, EMMS 0-bit, yang terdiri dari hanya satu jenis elemen anisotropik, dapat digunakan untuk mencapai konversi polarisasi [39], sedangkan EMMS multi-bit yang dikodekan oleh algoritma optimasi dapat digunakan untuk memanipulasi hamburan difusi. kinerja, sehingga mencapai RCSR [39].
Jelas, desain EMMS yang disebutkan di atas terutama ditujukan untuk menyelidiki kinerja hamburan untuk gelombang EM yang masuk. Sebenarnya, jika diberi makan dengan tepat, EMMS itu sendiri dapat bertindak sebagai antena untuk memancarkan gelombang EM [41,42,43,44,45,46]. Selanjutnya, sejauh yang penulis ketahui, konsep "pengkodean" terutama berfokus pada evaluasi hamburan, tetapi tidak termasuk dalam kinerja radiasi. Dalam makalah ini, EMMS yang diusulkan melibatkan radiasi broadband dan kinerja hamburan rendah secara bersamaan. EMMS terdiri dari elemen anisotropik, yang memiliki fase berlawanan di bawah x - dan y - insiden terpolarisasi Elemen anisotropik ini dikodekan sebagai "0" dan "1" dan kemudian diatur dalam urutan tertentu yang dioptimalkan oleh algoritma simulasi anil (SAA). Berdasarkan teori susunan antena [47], struktur pengumpanan yang sesuai ditambahkan ke elemen pengkodean "0" dan "1" untuk mewujudkan kinerja radiasi yang diinginkan. Jika elemen "0" dan "1" diumpankan dengan amplitudo dan fase yang sama, radiasi terpolarisasi linier (LP) dapat dicapai. Sementara jika elemen "0" dan "1" diumpankan dengan amplitudo yang sama tetapi dengan perbedaan fase 90°, radiasi polarisasi sirkular kiri atau kanan (L/RHCP) dapat dicapai. Sementara itu, tata letak EMMS yang dioptimalkan menghasilkan kinerja hamburan difusi broadband untuk gelombang EM yang masuk, yang merupakan keuntungan dari RCSR bistatik. Baik simulasi maupun pengukuran membuktikan bahwa metode kami menawarkan strategi sederhana, fleksibel, dan cerdik untuk desain EMMS dengan radiasi pita lebar terintegrasi dan kinerja hamburan rendah.
Metode
Gambar 1 menggambarkan geometri rinci EMMS pengkodean dan elemen anisotropik konstitutif. Dua lapisan dielektrik FR2 (konstanta dielektrik 2,65, tangen rugi 0,002) digunakan sebagai substrat, dilambangkan sebagai substrat1 dan substrat2. Kedua lapisan dielektrik ditumpuk rapat dan rata tanpa ada ruang udara di antara keduanya. Ketebalan substrat dari atas ke bawah masing-masing adalah 3 mm dan 0,5 mm. 4 × 4 tambalan logam berbentuk dasi kupu-kupu terukir di permukaan atas substrat1 berukuran 36 × 36 mm
2
(sama dengan 0,66λ0 × 0,66λ0 pada 5.5 GHz). Pelat tanah logam dengan slot setipis mungkin (panjang 15,5 mm, lebar 0,2 mm) diukir di permukaan bawah substrat2 untuk memastikan pantulan mutlak. Rupanya, sifat EM dari elemen anisotropik tersebut terletak pada susunan fisiknya. Berdasarkan konsep "pengkodean", elemen anisotropik yang ditunjukkan pada Gambar 1b dinominasikan sebagai "1" , sedangkan pasangannya (rotasi 90° sekitar z -sumbu) dilambangkan sebagai "0". Tata letak EMMS yang akhirnya diusulkan dioptimalkan oleh SAA, yang merupakan metode untuk pencarian lokal. Gambar 1d menunjukkan diagram alir SAA untuk mencapai matriks pengkodean yang optimal. Ini dimulai dengan solusi awal yang dimodifikasi secara acak dalam proses iteratif. Parameter utama SAA melibatkan suhu awal T , tingkat penurunan α dari setiap proses iterasi, suhu akhir Tf , jumlah iterasi I , dan fungsi merit. Dalam model kami, kami mendefinisikan matriks pengkodean awal dengan jumlah yang sama dari "0" dan "1". Itu kemudian ditingkatkan dengan mengubah posisi pasangan "0" dan "1" yang berubah-ubah. Parameter T , α , Tf , dan Aku ditetapkan sebagai 100, 0,9, 0, dan 1000, masing-masing. Untuk kinerja RCS rendah, hamburan difusi yang baik diharapkan. Jadi, tujuan kami adalah menemukan matriks pengkodean yang optimal (Mterbaik ) mengarah ke pola hamburan yang diinginkan dengan nilai maksimum terkecil. Jadi, masalahnya adalah masalah min-max di mana fungsi merit dapat dinyatakan sebagai F (Aterbaik ) = min(AFmaks ), di mana AFmaks adalah nilai maksimum AF yang sesuai dengan matriks pengkodean yang diberikan. Matriks pengkodean yang optimal sesuai dengan AF minimummaks , yang akan menghasilkan kinerja hamburan difusi yang sempurna. Umumnya, semakin besar ukuran array, semakin baik hamburan difusi yang kita peroleh. Di sini, kami memilih array yang terdiri dari 4 × 4 elemen (M =T =4). Akhirnya, matriks pengkodean yang optimal ditunjukkan pada Gambar. 1a. Semua simulasi dalam analisis berikut kecuali dinyatakan lain dilakukan dengan bantuan perangkat lunak simulasi komersial Ansoft HFSS v.14.0.
Pengkodean EMMS dan elemen anisotropik penyusunnya. a Coding EMMS terdiri dari 4 × 4 buah elemen anisotropik. Jumlah elemen "0" dan "1" adalah sama. Geometri skema dari elemen “1” anisotropik (b ) dan elemen “0” (c ) (a =9 mm, l =6 mm, m =1 mm, h 1 =3 mm, h 2 =0,5 mm). d Flowchart SAA untuk menemukan matriks pengkodean yang optimal
Untuk kasus radiasi, eksitasi port lumped dan batas radiasi diterapkan pada elemen anisotropik. SMA 50-Ω terhubung ke patch persegi panjang yang sangat tipis (panjang 13 mm, lebar 1,3 mm) melalui lubang kecil di substrat2 untuk pencocokan impedansi. Slot di tanah logam kemudian berlaku dengan menggabungkan energi ke EMMS anisotropik atas untuk memancarkan gelombang LP EM. Koefisien refleksi S11 dan pola radiasi diplot pada Gambar. 2. Seperti yang diamati dengan jelas, bandwidth untuk pencocokan impedansi 10 dB dicapai dari 5 GHz hingga 6 GHz, menyiratkan bandwidth relatif 18,2%. Penguatan boresight yang stabil bervariasi dari 6,97 dBi hingga 7,86 dBi diperoleh melalui bandwidth impedansi. Sementara itu, profil radiasi normal dan simetris diamati pada arah sisi lebar untuk bidang xoz- (E-) dan yoz- (H-), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2b–d.
Sifat radiasi elemen anisotropik dengan eksitasi port yang disamakan. a Koefisien refleksi S11 dan keuntungan boresight versus frekuensi. Pola radiasi 2D pada b xoz- (E-) dan c bidang yoz- (H-). d Pola radiasi 3D pada 5,35, 5,5, dan 5,75 GHz (dari kiri ke kanan)
Untuk memberikan wawasan fisik ke dalam mekanisme kerja, arus permukaan modal elemen anisotropik pada 5,35 GHz dan 5,75 GHz diplot pada Gambar. 3a dan b. Perhatikan bahwa simulasi yang dilakukan pada bagian ini dilakukan dengan menggunakan FEKO 7.0. Seperti yang ditunjukkan dengan jelas, arus permukaan mode 1 dan mode 2 terutama terdistribusi pada patch tengah yang dapat mengakibatkan radiasi sisi lebar, sedangkan mode 3 dan mode 4 yang tidak diinginkan terutama didistribusikan pada patch tepi, yang dapat mengakibatkan nol radiasi di selebaran. Selanjutnya, arus permukaan mode 1 dan mode 3 mengalir sepanjang y -sumbu, sedangkan mode 2 dan mode 4 mengalir di sepanjang x -sumbu. Selain itu, signifikansi modal yang dihitung dari empat mode karakteristik pertama dari elemen anisotropik dengan dan tanpa metasurface diilustrasikan pada Gambar. 4a dan b. Kita dapat mengetahui dari Gambar 4b bahwa ketika metasurface diterapkan pada elemen, mode 1 dan mode 2 beresonansi pada 5,32 GHz dan 5,72 GHz pada pita operasi yang diinginkan, dengan salah satu dari signifikansi modalnya mendekati kesatuan. Dengan demikian, mode 1 dan mode 2 adalah pasangan mode ortogonal dasar untuk menghasilkan pola radiasi pita lebar dan pita lebar.
Arus permukaan modal dari mode 1, mode 2, mode 3 dan mode 4. a 5,35 GHz dan b 5,75 GHz
Signifikansi modal elemen anisotropik dengan (a ) dan tanpa (b ) metasurface berbentuk dasi kupu-kupu
Untuk kasus hamburan, eksitasi port floquet dan batas master/slave diimplementasikan pada elemen anisotropik untuk mengeksploitasi karakteristik refleksi. Seperti yang diplot pada Gambar 5, hanya satu titik fase refleksi 0 ° yang muncul pada 9,38 GHz untuk elemen “1”, sedangkan titik fase refleksi ganda 0 ° muncul pada 4,75 GHz dan 17,52 GHz untuk elemen “0”. Dengan demikian, perbedaan fase refleksi efektif dibuat antara elemen "0" dan "1", seperti yang ditunjukkan di bagian abu-abu gelap pada Gambar 5a. Sementara itu, besaran pantulan yang ditunjukkan pada Gambar 5b mempertahankan mendekati 1 dalam 2~18 GHz untuk kedua elemen. Perlu dicatat bahwa zona berongga untuk respons magnitudo refleksi diamati di sekitar pita kerja (5~6 GHz) elemen “0”. Hal ini disebabkan bahwa bagian dari energi terpolarisasi diserap oleh struktur makan. Tetap saja, pembatalan energi [47] dapat diperoleh dengan baik di broadband. Akibatnya, RCSR broadband dapat diharapkan.
Karakteristik refleksi elemen anisotropik dengan eksitasi port floquet. a Fase refleksi dan perbedaan fase antara elemen "0" dan "1". b Besaran refleksi
Hasil dan Diskusi
Dalam beberapa hal, proses hamburan dapat dipahami dengan mengubah refleksi gelombang EM menjadi proses re-radiasi. Oleh karena itu, untuk M × T Array EMMS, prinsip kerja untuk kasus radiasi dan hamburan dapat diinterpretasikan dengan teori array standar [47]:
di mana EP adalah fungsi pola dari elemen tunggal, AF adalah faktor larik, k adalah bilangan gelombang, x dan y adalah jarak antara elemen yang berdekatan sepanjang x - dan y -arah, masing-masing, ϕ (m , n ) adalah fase dari (m , n ) elemen, dan θ dan φ adalah elevasi dan sudut azimuth dari sebuah insiden. Untuk mempermudah, subskrip dari Ejumlah dan Eberhenti dalam analisis berikut menunjukkan kasus radiasi dan hamburan, masing-masing.
Untuk kasus radiasi, semua elemen anisotropik bertindak sebagai radiator jika diumpankan dengan tepat. Secara alami, elemen “0” dan “1” akan menghasilkan dua medan listrik terpolarisasi ortogonal, yaitu EP'0' EP'1' . Kemudian, polarisasi gelombang EM terpancar dari EMMS tergantung pada amplitudo dan fase sumber umpan. Dengan asumsi bahwa daya input setiap elemen adalah sama, satu akan memiliki |EP'0' | = |EP'1' |. ϕ (m , n ) akan mewakili fase masukan dari sumber umpan. Oleh karena itu, sepanjang arah normal dengan (θ , φ ) = (0
∘
, 0
∘
), Persamaan. (1) akan disederhanakan menjadi \( {E}_{\mathrm{rtotal}}=8\left({\mathrm{EP}}_{\hbox{'}0\hbox{'}}{e}^ {j{\phi}_{\hbox{'}0\hbox{'}}}+{\mathrm{EP}}_{\hbox{'}1\hbox{'}}{e}^{j{ \phi}_{\hbox{'}1\hbox{'}}}\right) \) untuk EMMS yang diusulkan. Jika ϕ'0'ϕ'1' = 0
°
atau ± 180
°
, radiasi total akan menjadi LP dalam bidang diagonal. Jika ϕ'0' adalah 90° di depan ϕ'1' , total medan yang terpancar adalah RHCP. Jika tidak, jika ϕ'0' jatuh 90° di belakang ϕ'1' , radiasi LHCP akan dihasilkan. Untuk meringkas, polarisasi medan terpancar dari EMMS dapat disesuaikan sesuka hati dengan mengontrol fase input elemen “0” dan “1”.
Untuk singkatnya makalah ini, hanya dua kasus representatif yang terlibat dalam analisis berikut. Semua elemen "0" dan "1" diumpankan dengan kekuatan yang sama dalam kedua kasus. Di satu sisi, dalam hal ϕ'0' = ϕ'1' = 0
°
, kinerja radiasi LP diperoleh seperti yang digambarkan pada Gambar 6. Pencocokan impedansi yang baik dicapai dari 4,97 GHz hingga 6,05 GHz (19,6% bandwidth relatif), sedangkan penguatan dalam arah normal bervariasi dari 12,6 dBi hingga 17,38 dBi pada pita operasi. Pola radiasi simetris diamati pada arah sisi lebar untuk bidang E dan H, seperti yang ditunjukkan dengan jelas pada Gambar 6b. Di sisi lain, ketika ϕ'1'ϕ'0' = 90
°
, radiasi RHCP diamati seperti yang diharapkan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7, bandwidth untuk S11 <10 dB dan 3 dB axial ratio bandwidth (ARBW) masing-masing adalah 4,97~6 GHz dan 5,22~6 GHz. Bandwidth umum untuk S11 <10 dB dan 3 dB ARBW adalah dari 5,22 GHz hingga 6 GHz (bandwidth relatif 13,9%), dengan penguatan boresight bervariasi dari 13,16 dBi hingga 15,8 dBi. Demikian pula, profil radiasi simetris, lebar, dan normal diamati dalam pola radiasi 3D pada 5,35, 5,5, dan 5,75 GHz.
Sifat radiasi linier EMMS dengan "0" dan "1" diumpankan dengan magnitudo dan fase yang sama. a Koefisien refleksi S11 dan keuntungan boresight versus frekuensi. b Pola radiasi 3D LP pada 5,35, 5,5, dan 5,75 GHz (dari kiri ke kanan)
Sifat radiasi RHCP dari EMMS dengan “0” dan “1” diumpankan dengan magnitudo yang sama dan pergeseran fasa 90°. a S11 dan AR versus frekuensi. b Penguatan boresight versus frekuensi. c Pola radiasi RHCP 3D pada 5,35, 5,5, dan 5,75 GHz (dari kiri ke kanan)
Dari analisis yang disebutkan di atas, dapat diverifikasi bahwa EMMS yang diusulkan dapat bekerja sebagai antena yang baik dan memancarkan dalam mode polarisasi linier dan polarisasi sirkular sebagai alternatif dengan mengontrol besaran dan fase input. Sementara itu, hasil simulasi menunjukkan bahwa bandwidth kerja EMMS yang diusulkan terjaga dengan baik dibandingkan dengan elemen anisotropik tunggal, yang memverifikasi efektivitas metode yang kami usulkan. Untuk mendapatkan wawasan intuitif tentang mekanisme kerja EMMS untuk mode radiasi yang berbeda, distribusi medan listrik pada 5,35 GHz dengan varian waktu yang berbeda diselidiki. Jelas ditunjukkan pada Gambar. 8a bahwa medan E resonansi didistribusikan secara merata di seluruh elemen "0" dan "1" sepanjang waktu berubah untuk radiasi LP. Namun, untuk radiasi CP, elemen "1" menunjukkan kerapatan medan yang lebih kuat pada fase 0 °, sedangkan elemen "0" menang atas elemen "1" pada fase 90°. Dengan demikian, dua mode ortogonal dengan perbedaan fase 0 ° atau 90 ° bersemangat untuk melakukan radiasi LP atau CP.
Distribusi medan listrik EMMS pada 5,35 GHz dengan varian waktu yang berbeda. a kasus radiasi LP. b Kasus radiasi RHCP
Untuk kasus hamburan, semua elemen "0" dan "1" bertindak sebagai perangkat pasif. Tata letak aperiodik elemen "0" dan "1" yang dioptimalkan oleh SAA bertujuan untuk mencapai kinerja hamburan difusi. Di sini, untuk Persamaan. (1), ϕ (m , n ) mewakili kompensasi fase gelombang pantul dari (m , n ) elemen. Dalam hal desain yang kami usulkan, ϕ (m , n ) mengevaluasi 0 ° dan 180 ° dalam korespondensi dengan elemen "0" dan "1", masing-masing. Untuk memberikan demonstrasi intuitif dari properti hamburan rendah dari EMMS yang diusulkan, hasil simulasi RCS versus frekuensi ditunjukkan dibandingkan dengan papan logam berukuran sama. Seperti yang ditunjukkan dengan jelas pada Gambar. 9, penekanan refleksi yang jelas dicapai dalam broadband mulai dari 5 GHz hingga 18 GHz. RCSR 6-dB berkelanjutan dicapai hampir dari 5 GHz hingga 18 GHz (bandwidth relatif 113,04%). Dua kemiringan berongga RCS muncul di sekitar 5,9 GHz dan 10,4 GHz dengan RCSR maksimum mencapai hingga 31,8 dB. Seseorang dapat mengetahui dari Gambar 9e bahwa medan hamburan EMMS terbagi menjadi delapan balok kecil utama, yang sesuai dengan hasil yang diperoleh dengan perhitungan matematis pada Gambar 9c. Dibandingkan dengan konfigurasi papan catur tradisional (empat lobus pantul utama), lebih banyak lobus pantul yang berkontribusi pada setiap balok yang ditekan secara signifikan berdasarkan konservasi energi. Gambar 9f mengungkapkan mekanisme kerja EMS. Dapat diamati bahwa elemen yang berbeda beresonansi secara tidak selaras, yang menghasilkan pergeseran fase diskontinyu yang diperlukan dan akhirnya menghasilkan refleksi difusi. Sifat hamburan EMMS di bawah insiden miring juga diselidiki seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 10. Demikian juga, alih-alih refleksi specular yang kuat untuk papan logam berukuran sama, hamburan difusi diamati secara berurutan untuk EMMS dengan sudut datang yang berbeda. Sementara itu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11, pola hamburan yang dinormalisasi pada 6 GHz dengan sudut datang dari 0° hingga 60° juga disediakan untuk memberikan demonstrasi refleksi difusi yang intuitif. Sebagai kesimpulan, EMMS yang diusulkan menunjukkan kinerja hamburan difusi dalam broadband seperti yang diharapkan.
Sifat hamburan difusi EMMS di bawah kejadian normal. a Penampang radar versus frekuensi dibandingkan dengan papan logam berukuran sama. Pola hamburan dihitung dengan Persamaan. (1) untuk papan logam (b ) dan EMMS (c ). Pola hamburan diperoleh dengan simulasi gelombang penuh pada 6 GHz untuk papan logam (d ) dan EMMS (e ). f Distribusi arus permukaan di EMMS pada 6 GHz
Sifat hamburan difusi EMMS di bawah insiden miring pada 6 GHz. a –d Pola hamburan papan logam dengan sudut datang 15° (a ), 30° (b ), 45° (c ), dan 60° (d ). e –h Pola hamburan EMMS dengan sudut datang 15° (e ), 30° (f ), 45° (g ), dan 60° (j )
Pola hamburan yang dinormalisasi di bawah insiden miring pada 6 GHz. a –e Pola hamburan papan logam dengan sudut datang 0° (a ), 15° (b ), 30° (c ), 45° (d ), dan 60° (e ). f –j Pola hamburan EMMS dengan sudut datang 0° (f ), 15° (g ), 30° (j ), 45° (i ), dan 60° (j )
Untuk memvalidasi kinerja radiasi dan hamburan yang disebutkan di atas, sampel EMMS pengkodean 4 × 4 dibuat menggunakan teknologi papan sirkuit tercetak (PCB) standar. Pengukuran dilakukan di ruang anechoic untuk meminimalkan gangguan kebisingan. Untuk kasus radiasi, satu pembagi daya RS2W2080-S dan dua RS8W2080-S dihubungkan secara berurutan untuk mendistribusikan sinyal secara merata ke 16 port, sedangkan kabel koaksial dengan panjang yang berbeda digunakan untuk menyediakan perpindahan fase 90° antara “0” dan “1 elemen ”, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 12. Bandwidth terukur untuk S11 10 dB dan 3 dB ARBW yang ditunjukkan pada Gambar 13a masing-masing adalah 4.96~6.02 GHz dan 5.22~6.02 GHz. Bandwidth umum adalah dari 5,22 GHz hingga 6,02 GHz (14,2% bandwidth relatif), yang sesuai dengan hasil simulasi. Pola radiasi yang dinormalisasi pada 5,35 GHz dan 5,75 GHz digambarkan pada Gambar 13b dan c. Sesuai dengan prediksi simulasi, radiasi simetris, berarah normal, dan RHCP diamati pada arah broadside. Level lobus samping yang diukur setidaknya 10 dB lebih rendah dari level lobus utama. Selain itu, medan RHCP selalu lebih kuat dari medan LHCP lebih dari 18,6 dB pada arah boresight. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa EMMS mencapai kinerja radiasi RHCP yang baik seperti yang diharapkan.
a , b Fabrikasi tampilan atas sampel EMMS (a ) dan tampak samping (b ). c Pembagi daya. d Penyiapan pengukuran dasar untuk hamburan
Sifat radiasi dan hamburan terukur dari EMMS. a Terukur S11 dan AR. Pola radiasi yang dinormalisasi pada 5,35 GHz (b ) dan 5,75 GHz (c ). d Pengurangan pantulan terukur dari EMMS dibandingkan dengan papan logam penuh
Untuk kasus hamburan, sampel EMMS ditempatkan secara vertikal di tengah platform busa, sementara dua antena tanduk piramidal LP identik yang bekerja pada 1~18 GHz ditempatkan berdekatan sebagai pemancar dan penerima, masing-masing. Sepotong bahan penyerap diatur antara dua tanduk untuk mengurangi kopling yang tidak diinginkan. Pusat sampel dan dua tanduk berada pada ketinggian yang sama, dan jarak antara keduanya cukup jauh untuk memenuhi kondisi uji medan jauh. Kalibrasi garis pantul gerbang juga digunakan untuk lebih menghilangkan sinyal yang tidak diinginkan di lingkungan. Kedua antena klakson terhubung ke dua port VNA Agilent N5230C untuk mengevaluasi daya pantul pada koefisien transmisi. Seperti yang diplot pada Gambar 13d, RCSR 6-dB yang cukup besar dibandingkan dengan papan logam berukuran sama dicapai dari 5 GHz hingga 18 GHz (bandwidth relatif 113%), sementara RCSR lebih dari 10-dB dicapai pada pita 5,6~ 6,5 GHz (bandwidth relatif 14,9%), 9,2~13.5 GHz (bandwidth relatif 37,9%) dan 15,9~18 GHz (12,4% bandwidth relatif). Dua puncak RCSR muncul di sekitar 6,1 GHz dan 10,2 GHz dengan nilai masing-masing 25,9 dB dan 30,6 dB. Hasil yang diukur sangat sesuai dengan hasil simulasi, yang memverifikasi kinerja EMMS dengan hamburan rendah.
Perbandingan antara desain yang diusulkan dan desain antena berbasis metasurface sebelumnya telah dibuat pada Tabel 1. Secara khusus, [42, 45] menunjukkan kinerja susunan antena, sementara yang lain dari antena tunggal. Seperti yang ditunjukkan dengan jelas, EMMS yang diusulkan menghasilkan RCSR ultra-wideband yang melibatkan in-band dan out-of-band sambil mencapai radiasi merdu broadband secara bersamaan.
Kesimpulan
Makalah ini menyajikan EMMS pengkodean baru dengan radiasi merdu broadband terintegrasi dan kinerja hamburan rendah. Elemen anisotropik dengan fase yang berlawanan secara intrinsik di bawah insiden terpolarisasi yang berbeda diadopsi sebagai elemen penyusun. Struktur makan yang tepat memungkinkan elemen anisotropik untuk bertindak sebagai radiator. Dengan mengontrol amplitudo dan fase input berdasarkan teori susunan antena, radiasi LP, LHCP, atau RHCP dapat dicapai sesuai keinginan. Selain itu, tata letak EMMS yang dioptimalkan berkontribusi pada kinerja hamburan difusi pita lebar, yang menghasilkan RCSR dalam pita lebar. Dengan demikian, radiasi broadband dan kinerja hamburan rendah dapat dicapai secara bersamaan dalam EMMS yang diusulkan, yang menawarkan strategi sederhana, fleksibel, dan efektif untuk menyelesaikan konflik antara radiasi dan hamburan. Perlu disebutkan bahwa EMMS dapat dibuat dari elemen anisotropik alternatif lainnya. Beberapa nilai aplikasi dapat diharapkan dalam antena polarisasi yang dapat dikonfigurasi ulang, siluman target, dan sebagainya.
