基于信息超材料的高性能微波计算成像系统

韩家奇 田顺成 易浩 马向进 廖桂生 李龙

韩家奇, 田顺成, 易浩, 等. 基于信息超材料的高性能微波计算成像系统[J]. 雷达学报, 2021, 10(2): 288–295. doi: 10.12000/JR21002
引用本文: 韩家奇, 田顺成, 易浩, 等. 基于信息超材料的高性能微波计算成像系统[J]. 雷达学报, 2021, 10(2): 288–295. doi: 10.12000/JR21002
HAN Jiaqi, TIAN Shuncheng, YI Hao, et al. High-performance microwave computational imaging system based on information metamaterials[J]. Journal of Radars, 2021, 10(2): 288–295. doi: 10.12000/JR21002
Citation: HAN Jiaqi, TIAN Shuncheng, YI Hao, et al. High-performance microwave computational imaging system based on information metamaterials[J]. Journal of Radars, 2021, 10(2): 288–295. doi: 10.12000/JR21002

基于信息超材料的高性能微波计算成像系统

doi: 10.12000/JR21002
基金项目: 国家自然科学基金(62001342),上海交通大学-西安电子科技大学教育部重点实验室联合基金(LHJJ/2020-02),中央高校基础科研基金(XJS200207)
详细信息
    作者简介:

    韩家奇(1991–),男,河南人,博士,讲师,2019年在西安电子科技大学电子工程学院获博士学位。在全国第1届超材料大会上,荣获超材料研究学术新人奖。主要研究方向为可编程超表面、微波计算成像。E-mail: jqhan@xidian.edu.cn

    田顺成(1990–),男,天津人,2013年在西安电子科技大学获学士学位,西安电子科技大学在读博士生。主要研究方向为新型人工超构材料设计、微波计算成像、人工智能辅助天线设计。E-mail: sctian@xidian.edu.cn

    易浩:易 浩(1988–),男,湖南人,西安电子科技大学博士研究生,主要研究方向为毫米波雷达天线,超表面天线。E-mail: haoyi@stu.xidian.edu.cn

    马向进(1998–),男,安徽人,西安电子科技大学硕士研究生,主要研究方向为可编程超表面。E-mail: 1801738467@qq.com

    廖桂生(1963–),男,广西人,博士,教授,1992年在西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室获得博士学位,现为西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室教授,西安电子科技大学电子工程学院院长,教育部长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者。主要研究方向为雷达系统技术与阵列处理、雷达稀疏成像处理等。E-mail: liaogs@xidian.edu.cn

    李龙:李 龙(1977–),男,贵州人,西安电子科技大学教授,博士生导师,超高速电路设计与电磁兼容教育部重点实验室主任,海棠九号书院院长,教育部长江学者特聘教授,新世纪优秀人才,陕西省杰出青年基金获得者。主要研究方向为智能超材料、超材料天线与微波器件、场路协同设计。E-mail: lilong@mail.xidian.edu.cn

    通讯作者:

    李龙 lilong@mail.xidian.edu.cn

  • 责任主编:李廉林 Corresponding Editor: LI Lianlin
  • 中图分类号: O441.4

High-performance Microwave Computational Imaging System Based on Information Metamaterials

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62001342), Joint Foundation of Key Laboratory of Shanghai Jiao Tong University-Xidian University, Ministry of Education (LHJJ/2020-02), Fundamental Research Funds for the Central Universities (XJS200207)
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  • 摘要: 该文深入阐述基于信息超材料的高性能微波计算成像系统架构设计、工作原理与建模分析。首先,利用信息超材料对电磁波优异的调节能力,结合压缩采样理论,重点讨论信息超材料多样杂散波束产生及高性能辐射设计方法。再进一步构建针对高辐射性能信息超材料微波计算成像系统的数值模型,并提出一种高性能色散信息超材料单元,该单元带阻频率捷变特性可覆盖整个X波段。基于该单元设计了一款高透射效率信息超材料透镜,在成像区域内辐射性能较当前超材料孔径提高3倍,辐射效率达到75%。最后基于所构建的数值模型,计算验证所提出的高透射率色散信息超材料透镜对理想散射体的图像还原能力。该文所研究的基于信息超材料的高性能微波计算成像系统,为成像雷达、安防预警、医疗检测等应用提供了坚实的理论依据和前瞻性探索。

     

  • 图  1  高性能信息超材料微波计算成像系统方案

    Figure  1.  High-performance information metamaterial microwave computational imaging system scheme

    图  2  接收喇叭经过信息超材料到成像平面的场

    Figure  2.  Field at imaging plane of receiver horn through information metamaterial

    图  3  高透射色散信息超材料单元

    Figure  3.  High transmission frequency diverse information metamaterial element

    图  4  所提出的单元S参数仿真结果

    Figure  4.  Simulated S-parameters results of the proposed element

    图  5  不同频率时透射场方向图

    Figure  5.  Transmission gain patterns for different frequencies

    图  6  信息超材料透镜随机金属线长单元分布

    Figure  6.  Randomly distribution of metallic line elements for information metamaterial lens

    图  7  图像重构结果

    Figure  7.  Results of image reconstruction

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-06
  • 修回日期:  2021-03-09
  • 网络出版日期:  2021-03-29
  • 刊出日期:  2021-04-28

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