Physical limitations of phased array antennas
在本文中，上的Q-因子，一个数量成反比的带宽，推导和研究的窄带相控阵天线的界限。阵列在自由空间和地面以上被认为是。通过求解电流密度的最小化问题来确定Q因子界。这些电流密度的支持是在一个元件封闭的区域，并在这个区域中封闭的无损天线元件的约束。Q因子最小化问题被配制成二次约束二次优化问题，该问题通过半定松弛或基于特征值的方法来解决。我们数值说明这些界限可以用来确定的Q因子和其他设计规格之间的权衡关系：元件的形状因子，尺寸，效率，扫描能力，和偏振纯度。
2021-02-16 physics.app-ph physics.class-ph
A Corrugated All-Metal Vivaldi Antenna for 5G Phased Array Applications
本文提出一种28 GHz频段、26-30 GHz带宽、±30度波束扫描的4x4全金属波纹Vivaldi相控阵天线，通过波纹结构抑制表面电流和互耦，提升增益与辐射效率。
2025-02-05 eess.SP physics.app-ph
Aa Unbalanced Feed Design for Wideband Phased Arrays
在这项工作中，一个平面相控阵天线设计的超宽带（UWB）的性能，覆盖部分的L-，S-和C-波段。单位单元设计包含直接连接到单个同轴馈电的驱动层和位于驱动层上方的由自由空间分隔的寄生层。这种设计不需要平衡-不平衡转换器或天线接地层和驱动层之间的任何通孔，从而导致除了馈电结构之外仅由平面层组成的简单天线堆叠。因此，降低了复杂性和对机械公差的潜在敏感性。对这种非平衡相控阵天线的仿真结果进行了讨论，并进行了实验验证。
2017-06-14 physics.app-ph physics.class-ph
A Study Of a Wide-Angle Scanning Phased Array Based On a High-Impedance Surface Ground Plane
本文提出了一种具有蘑菇状高阻抗表面（HIS）接地层的二维无限偶极子阵列系统，该接地层具有E面宽角扫描能力。建议的天线阵列的单元由一个偶极天线和一个四乘四的HIS地面。仿真结果表明，该天线阵列在E面内具有良好的阻抗匹配和较小的$S11$，可实现高达65 $^{\circ}$的宽扫描角。采用Floquet模态分析法对有源阻抗和反射系数进行了分析。理论计算结果与仿真结果吻合较好。通过数值和理论分析，我们揭示了这种优异的宽扫描特性的机制。在小扫描角范围内，这些优良的性能主要是由于HIS地面特殊的反射相位，使得实际阵列单元间的互耦可以通过实际阵列与反射镜阵列之间的互耦效应得到补偿。在大扫描角范围内，由于阵列的高阶Floquet模$\textrm{TM}_{-1,0}$可以共振激发表面波（SW）模，并且阵列的散射可以将SW模转换为漏波（LW）模，因此LW模的辐射场与阵列的直接辐射场几乎同相。因此，借助HIS特殊的反射相位和设计的HIS地的LW模式，具有HIS地的天线阵列可以实现宽角扫描性能。
2019-01-15 physics.app-ph
Multiplexing signals with twisted photons by a circular arc phased array
本文提出利用圆形弧相控阵接收扭曲光子实现信号复用，理论分析了通道数与圆弧角度的关系，并给出病态问题缓解方法及条件数估计。
2023-07-04 physics.app-ph
Full-Duplex Nonreciprocal-Beam-Steering Metasurfaces Comprising Time-Modulated Twin Meta-Atoms
我们提出了一个全双工非互易光束转向透射相位梯度超颖表面的概念，理论模型和实验实现。这种超表面是利用耦合时间调制孪生超原子中频率-相变的独特性质来实现的。超表面可以被放置在源天线的顶部上以变换源天线的辐射图案，并且针对发射和接收状态引入不同的辐射图案。与最近提出的时间调制应用相反，这里入射波和发射波共享相同的频率。超表面被赋予方向性的、多样的和非对称的发射和接收辐射波束，以及可调谐的波束形状。此外，可以通过简单地改变调制相位来操纵这些波束。所提出的耦合元原子固有地抑制不期望的时间谐波，导致高转换效率，这对于诸如点对点全双工通信的实际应用是至关重要的。
2019-11-11 physics.app-ph physics.optics
Physical Design and Experimental Verification of a Huygens' Metasurface Two-lens System for Phased-array Scan-angle Enhancement
在过去的几十年里，许多天线罩的设计，以扩大相控阵天线的角扫描范围已经设计出利用介电材料和超材料。最近，诸如平面透镜和光束偏转器的超表面技术已经应用于相控阵列，使得扫描角增强器能够具有低轮廓。在这项工作中，一个物理惠更斯超颖表面（HMS）双透镜系统的扫描角倍的相控阵列。对于HMS单元，部署线环拓扑以实现所需相位角偏移的高传输。通过全波仿真和实验对所提出的双透镜系统进行了分析。仿真结果表明，当入射角小于15°时，扫描角可增加一倍，满足设计要求。此外，折射光束的方向性退化的双HMS透镜是符合理论。最后，在10 GHz下，实验验证了具有两个15 λ长× 15λ宽的超颖表面透镜和16{ \times }16单元贴片天线阵列作为源的双透镜系统。实验结果与模拟结果吻合较好，在{ \pm }2°扫描误差下，显示出倍角性能。
2022-11-02 physics.app-ph physics.optics
Magnet-Free Nonreciprocal Phase-Shifter Based on Time Modulation
最近，由于非互易电磁系统的出现，如非互易超表面，非互易波束天线和隐形斗篷，非互易移相器吸引了大量的兴趣。为了克服与实现非互易移相器和回转器的传统技术相关联的限制，在这里，我们提出了一种低噪声，重量轻，低剖面，和线性无磁非互易移相器由两个时间环形成。所提出的时间设备操作的基础上产生的时间谐波信号和破坏性和建设性的干扰，分别为不希望和希望的时间谐波，在不同的位置的结构。外部时谐调制信号向系统注入有效的电子角动量，以控制两个环路的相位和频率。这种时间非互易移相器提供低插入损耗和大于28.1dB的大回波损耗（输入匹配）。此外，这种非互易移相器具有可重构的架构，可以直接嵌入到集成电路（IC）技术中，以创建高功率处理和基于线性IC的非互易移相器。
2022-10-20 physics.app-ph physics.optics
Realization of a wide steering end-fire facet optical phased array using silicon rich silicon nitride
设计，制造和表征的16单元光学相控阵列（OPA）使用高折射率（n = 3.1）的富硅氮化硅（SRN）的演示。我们提出了一维波束转向与端射面天线在一个宽的转向范围>115°在一个固定的波长为1525 nm。在波塞冬测得的光斑尺寸为0.11°，与理论一致。我们证明了SRN作为芯片级OPA应用的可行材料选择，由于其高热光系数，由于可忽略的双光子吸收（TPA），宽透明窗口，低传播损耗和CMOS兼容性而具有高的光功率处理能力。
2022-09-27 physics.app-ph physics.optics
Design, Modeling, and Validation of Curvature-Based Shape-Aware Flexible Phased Arrays
Ben-Gurion University, School of Electrical and Computer Engineering（本-古里安大学电气与计算机工程学院）
研究变形的机械柔性相控阵形状感知，通过分析传感器密度、验证物理模型，设计并验证了6GHz八元阵列，能在低曲率半径下恢复波束转向性能，平均重建精度约6%，且该方法不受射频条件限制，无需反馈。
2026-10-30 physics.app-ph
Grating Lobe Suppression in Metasurface Antenna Arrays with a Waveguide Feed Layer
通过平铺多个超表面子孔径形成的超表面天线阵列提供了雷达和通信中经常使用的电大波束控制阵列的替代架构。通过使用无源可调谐辐射元件来实现由超表面提供的优点。虽然这些超材料元件没有表现出可以用移相器获得的全范围的相位调谐，但是它们可以被设计成以低得多的功率要求和电路复杂性提供类似水平的性能。然而，由于有限的相位和幅度控制，较大的超颖表面孔径可能易受强栅瓣的影响，这是由伴随理想相位图案的不期望的周期性幅度响应引起的。在这项工作中，我们结合天线理论与分析建模的超材料元素，数学上揭示了这种栅瓣的来源。为了避免这个问题，我们引入了一个补偿波导馈电层，旨在抑制栅瓣超颖表面天线。波导馈电层帮助超表面天线从改进的硬件平台接近相控阵列的性能，平衡超表面天线以影响各种波束成形应用。
2019-05-23 physics.app-ph
SiN-on-SOI Optical Phased Array LiDAR for Ultra-Wide Field of View and 4D Sensing
本文提出单片集成的准同轴Vernier OPA收发器，利用链式光栅天线实现160°内小于3 dB功率波动，并基于FMCW LiDAR完成高精度3D成像与速度4D传感。
2024-01-09 physics.app-ph physics.optics
Quadratic-Gradient Metasurface-Dome for Wide-Angle Beam Steering Phased Array with Reduced Gain-Loss at Broadside
针对相控阵超表面罩侧射增益降低和实现复杂的问题，提出通过离散化相位分布并考虑不同入射角设计级联超表面罩，以降低插入损耗并提升转向能力。
2022-12-20 physics.app-ph
Analysis of a Waveguide-Fed Metasurface Antenna
超表面概念已经作为用于波束形成和波前整形的有利的可重构天线架构出现，其应用包括卫星和地面通信、雷达、成像和无线功率传输。超颖表面天线由分布在电大结构上的超颖材料元件的阵列组成，每个超颖材料元件在尺寸上为亚波长并且元件之间具有亚波长间隔。在我们这里考虑的天线配置中，超表面由来自附加波导的场激发。每个超材料元件可以被建模为将波导模式耦合到辐射模式的可极化偶极子。与相控阵列和电子扫描天线（ESA）架构不同，动态超材料表面天线不需要有源移相器和放大器，而是通过移动每个单独的超材料元件的谐振频率来实现可重构性。在这里，我们推导出一维波导馈电超材料表面天线的基本性质的近似，超材料元件不扰动波导模式，是非相互作用的。我们推导出解析近似的一维天线的阵列因子，包括所需的有效极化率的振幅，相位，和二进制的限制。使用全波数值模拟，我们证实了分析，建模波导槽或互补的超材料元素图案到一个表面。
2017-11-04 physics.app-ph
Photonic Terahertz Phased Array
本文提出一种基于像素化非线性Pancharatnam-Berry超表面和飞秒激光驱动的光子平台，实现0.8-1.4太赫兹宽带二维相控阵，并通过单/双波束成形、成像和涡旋光束生成验证其有效性。
2024-12-17 physics.app-ph physics.optics
Numerical Investigation of a 3D End-Firing Antenna Array Based on Two-Photon Polymerization on Thin-Film Lithium Niobate for Optical Beam Steering
Faculty of Engineering, Bar-Ilan University（巴伊兰大学工程学院）
研究基于双光子聚合在薄膜铌酸锂上设计三维端射天线阵列用于光束转向，解决传统OPA设计权衡问题。通过提升聚合物天线实现二维光束转向并保持宽带优势，模拟展示高效传输及特定视场与波束宽度，为3D光子相控阵奠定基础。
2026-07-21 physics.app-ph physics.optics
A Novel, Beam-based Formalism for Active Impedance of Phased Arrays
Sichuan Jiuqiang Communications Technology Co., Ltd.（四川九强通信技术有限公司）
本文提出一种基于波束的新型相控阵主动阻抗计算方法，通过辐射波束模式直接推导出主动阻抗，提供更直观的物理解释，验证了理论推导并简化了设计流程。
2026-04-09 astro-ph.IM eess.SP physics.app-ph
Electrically driven reprogrammable vanadium dioxide metasurface using binary control for broadband beam-steering
共振光学相控阵是一种很有前途的方式，以达到完全可重构的超表面在光学和近红外制度，低能耗，低足迹和高可靠性。连续可调谐谐振结构具有固有的缺点，例如低相位范围、幅度-相位相关性或极端灵敏度，这使得在单个元件水平上的精确控制非常具有挑战性。为了绕过这些问题，我们使用1位（二进制）控制波束转向的创新纳米谐振器天线，并探讨这种相控阵列的理论能力。提出了一种基于二氧化钒夹在金属-绝缘体-金属结构中的热现实结构，并使用逆向设计进行了优化，以提高其在1550 nm处的性能。利用二元控制成功地实现了90°范围内的连续波束转向，与基于相控阵理论第一原理描述的预测非常一致。此外，实现了从1500 nm到1700 nm的宽带响应。还证明了设计制造缺陷的鲁棒性。这种简化的方法可以被实现以基于用于各种功能的其他材料或相移机制来优化可调谐纳米光子相控阵超颖表面。
2022-06-13 physics.app-ph physics.optics
Wideband Low-Scattering Dual-Polarized Phased Array with Stepped Ground
University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
本文提出一种基于双侧阶梯接地和垂直电耦合偶极子的宽频带双极化相控阵，实现X波段辐射与3.6-30 GHz超宽带散射缩减，平均缩减超19.4/18.9 dB。
2025-10-17 physics.app-ph physics.optics
Programming nonreciprocity and harmonic beam steering via a digitally space-time-coded metamaterial antenna
本研究提出工作在快波区的数字时空编码超材料天线，通过FPGA控制单元相位切换，实现谐波波束调控与非互易收发，为同发同收、雷达传感等领域提供新方案。
2023-03-05 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Static Skew Compensation in Multi Core Radio over Fiber systems for 5G Mmwave Beamforming
多芯光纤可用于5G网络中相控阵天线的毫米波信号的光纤无线电传输。这些光纤的芯间偏斜使辐射图案失真。我们提出了一种有效的方法来补偿差分延迟，而不完全均衡的传输路径长度，降低功耗和复杂度。
2021-02-09 physics.app-ph
High sensitivity and large scanning range optical antennas enabled by multi-casting ridge-waveguide subwavelength structure arrays
针对光学相控阵天线纵向大视场扫描的难题，提出基于脊形波导亚波长结构的后向发射天线，实现高灵敏度光束调控，并通过多组边带周期设计达成42.6°的大扫描范围。
2024-03-15 physics.app-ph physics.optics
Near-Field Angular Scan Enhancement of Antenna Arrays Using Metasurfaces
在本出版物中，我们继续我们以前的工作扩展相控阵列的角度扫描范围，使用元表面。我们详细考虑扫描增强使用一个单一的超颖表面透镜在近场的源，并提供源激发，以获得所需的光束的解析表达式。我们表明，这样的设备遭受相同的方向性退化的情况下，远场透镜的位置。此外，我们详细讨论了这种方法的局限性，不能把镜头任意接近源阵列。然后，我们提出了一个双透镜近场扫描增强器，这是不受相同的限制，但仍然受到相同的方向性退化。最后，我们提出了一个二元元表面的概念，理论上实现了所需的扫描增强没有方向性退化。一些理论主张，然后通过全场模拟验证。
2020-12-16 physics.app-ph physics.optics
Fully Scalable Polarization-Reconfigurable S/X-Band Shared-Aperture Phased Array for Ultra-Low Axial-Ratio Scanning
Aalto University（阿尔托大学）；Universidad Politécnica de Madrid (UPM)（马德里理工大学）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
提出一种模块化S/X波段共享孔径相控阵天线，通过可重复单元实现独立双频段操作，结合双极化辐射器与校准接收系数合成任意极化，在±50°扫描范围内轴比低于0.1 dB，支持多任务卫星通信地面终端。
2026-06-23 eess.SP physics.app-ph
Performance Improvement of True Time Delay Based Centralized Beamforming Control with the Modulation Instability Phenomenon for Wireless-Array Antennas
本研究利用调制不稳定性（MI）提升5G调制器性能，同时研发基于MI光纤调制频率梳的放大式真时延微波光子波束成形位控系统，实现广覆盖相控阵天线的宽带无波束斜视波束导向。
2023-10-19 physics.app-ph physics.optics
An Integrated, Phase-Controlled Power Divider for Metasurface Array Antennas
我们提出了一个相控，调制，超表面阵列天线的功率分配网络的设计。特定的超颖表面阵列设计包括一系列波导，每个波导馈送以微波（X波段）频率辐射的动态可调谐超颖材料元件的子阵列。为了保持单端口器件，复合阵列需要能够以相等功率激励每个分支波导的功率分配器。此外，功率分配器还必须向每个分支波导施加规定的相移以减轻超颖表面特定的栅瓣。所提出的设计具有中空的金属波导，具有作为上壁的超材料虹膜图案化的导电片。单个中空金属主波导馈电用于将功率耦合到每个分支波导。仔细定向的槽控制从主馈电到每个分支的场分布的幅度和相位。所有的波导都可以用一块金属加工而成，在组件的顶部层压一个超材料图案化的印刷电路板。所得到的设计在机械上是鲁棒的，并且能够进行高功率操作，同时保持超表面天线设计中常见的低成本、低功耗、重量轻和低轮廓特征。
2022-07-11 cs.SY eess.SY physics.app-ph
