实验中,一个圆柱超透镜让3.5个波长宽的小孔径相控阵保持50度扫描,峰值指向性提高2.5到3.5分贝。别小看3分贝,在天线圈里,这差不多是能量集中能力翻一倍。
相控阵,就是很多小天线排成阵,靠调相位让波束转向。想更远更准,传统办法是加阵元、扩孔径。阵元一多,成本、功耗、散热、封装全上来。到了毫米波以上,更严重。
倏逝波不往外辐射,只在表面走。它能把局部对齐的相位横向扩展开,形成更大的“相干孔径”。说白了,一排小喇叭不是各喊各的,而是互相借力,让一大片区域同步发声。
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被动线性相控阵加透镜,有两条路:一是提高扫描分辨率;二是保持扫描范围,专门提高指向性。团队用逆设计优化平面和圆柱介质透镜,还能用低成本增材制造。
圆柱方案更紧凑:保持50度扫描,指向性提升2.5到3.5分贝,接近算出的物理极限。
毫米波、太赫兹、卫星互联网、6G,都卡在增益。频率越高,电波衰减越快。系统不是带宽不够,而是信号不够集中。
传统提升指向性,3分贝就要孔径翻倍、阵元差不多翻倍。为了嗓门大一点,被迫把合唱团人数翻一番,太贵。
美国强在底层理论、芯片、超材料和逆设计软件,MIT、哈佛等长期布局,DARPA也推过项目。欧洲强在雷达、卫星和微波光子;日本强在毫米波器件和工艺。大家抢的是:更少阵元、更小体积、更低成本、更强波束。
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中国不是旁观者。相控阵本来就强:地面、舰载、机载、卫星通信,中国电科14所、38所是主力。超表面方面,东南大学崔铁军团队的信息超表面、可编程超材料世界有名;复旦周磊、清华、电子科大、西电也有积累。华为、中兴在5G毫米波和6G预研上有大量工程数据。
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