基于洛伦兹约束辐射体的超表面孔径极化率分布优化

我们提出了一种设计策略,用于选择超表面孔径所需的有效极化率分布以形成期望的辐射方向图。超表面孔径由亚波长超材料单元阵列组成,每个单元可概念化为一个辐射的、可极化的偶极子。可通过全息方法首先确定所需的孔径场,然后利用等效原理将其转换为极化率分布,从而得到理想的极化率分布。为实现这一理想分布,每个单元的极化率需具有无约束的幅度和相位;然而,对于单个无源超材料谐振器,有效极化率的幅度和相位通过洛伦兹共振的特性不可避免地相互关联,且相位值范围被限制为至多180度。在此,我们引入了一系列从理想极化率分布到可用极化率分布的映射族,可通过在复平面上绘制两种极化率来直观展示。利用其中一种映射,尽管存在谐振器的固有局限,仍可从超表面天线实现高度优化的波束方向图。我们介绍了该映射技术并给出了若干具体示例,通过数值仿真验证了该设计方法。