本文提出了一种基于手性辅助相位的新型超表面设计，能够在微波区域实现圆极化保持的同时进行独立的全息成像。该研究为多功能天线设计和无线通信中的圆极化通道扩展和调制提供了理论基础，并具有很大的应用潜力。
本文要点
1，手性辅助相位的创新
2，独立全息成像的实现
.3，极化转换抑制和能量利用
研究背景
本研究背景集中在如何利用圆极化（CP）在微波区域实现更高效和灵活的电磁波控制。鉴于传统微波设备在满足现代通信系统对设备小型化和集成化需求方面的局限性，研究者们开始寻求利用超表面技术来实现对电磁波的精确控制。尽管已有研究在圆极化波的幅度调控方面取得了进展，但现有技术在独立调控共极化分量方面存在局限。因此，本文提出了一种基于手性辅助相位的新型超表面设计，旨在突破这些限制，实现圆极化波的独立相位调制，为微波通信和天线技术的发展提供新的可能性。
研究内容
以下为主要图解：
上图为CP 状态保存和独立全息成像原理示意图。插图：提出的手性辅助相位机制。
上图提出的具有手性结构的超原子示意图。
超原子的周期为a = 8.8 mm，每个介电基板的厚度为h = 1 mm，金属的厚度为0.035 mm。矩形贴片的宽度和长度分别为px和py（传播相位的两个可变参数），每个间隙的宽度和长度分别为wx = 0.17px和wy = 0.5py，相邻间隙之间的距离为g = 0.25py。网格层中圆形孔径的半径为r = 4 mm。整个超原子的总厚度为H = 0.14λ0。
上图为 7-13 GHz频率带宽内手性超原子圆极化透射系数的模拟（a）幅度和（b）相位分布。（c）10 GHz频率下超原子的幅度和（d）相位响应，内部旋转角θ从0°到180°变化。
上图为模拟的 10 GHz 频率下超原子的振幅响应（a）和相位响应（b），贴片元件的长宽比 χ分别为 px = 3.0、3.5、4.0、4.5 和 5.0 毫米
上图为模拟库中 144 个元原子在 10 GHz 时的相位响应 (a) ϕLL 和 (b) ϕRR，以及幅度响应 (c) |tLL| 和 (d) |tRR|。
上图计算预设全息字符（a）“H”和（b）“i”的理想能量分布，其中虚线圆圈标记理想成像区域，每个圆圈的直径等于工作波长。
超表面构造所需的空间相位分布（c）“H”和（d）“i”。
上图为分别在（a）LHCP 和（b）RHCP 入射波下同极化输出场中不同距离 xoy 平面中的能量分布模拟
上图为不同传播距离下超表面同极化和交叉极化输出场的 PCR。(b) 不同传播距离下同极化图像“H”和“i”的成像效率。
上图为所提出的多原子单元示意图，该多原子单元由四个独立的手性亚原子以 2×2 阵列排列而成。四个独立的亚原子沿逆时针方向依次旋转 0°、90°、180° 和 270°，并标记为 1#–4#。该多原子单元的周期为 2a = 17.6 毫米。
上图为 多原子单元在 7–13 GHz 范围内模拟的（a）振幅和（b）相位分布，内部旋转角 θ 分别为 0° 至 90°，间隔为 15°
上图为多原子单元在 7–13 GHz 范围内模拟的（a）振幅和（b）相位分布，内部旋转角 θ 分别为 0° 至 90°，间隔为 15°
上图为模拟库中 16 个多原子单元在 10 GHz 下的相位响应 (a) ϕLL 和 (b) ϕRR，以及幅度响应 (c) |tLL| 和 (d) |tRR|。
上图为计算预设全息字符 (a)“L”和 (b)“R”的理想能量分布，其中虚线圆圈标记理想成像区域，每个圆圈的直径等于工作波长。
超表面构造所需的空间相位分布 (c)“L”和 (d)“R”
上图为分别在 (a) LHCP 和 (b) RHCP 入射波下，在同极化输出场中，xoy 平面中 z = 6.67λ0、7.50λ0、8.33λ0、9.17λ0 和 10.00λ0 的能量分布模拟。(c) 不同传播距离下超表面各同极化和交叉极化输出场的 PCR
上图为制备的超表面样品的照片，由 24 × 24 个多原子单元组成。(a) 原型的整体比例，其中插图显示放大的侧视图。(b) 原型的顶视图，其中插图显示多原子单元的放大视图。
上图为近场全息测量实验装置示意图。
上图为模拟和 (b) 测量的焦 xoy 平面 (z = 8.33λ0) 中的能量分布，频率为 9.5、9.8、10.0 和 10.2 GHz（从左到右），10.5 GHz 时同极化（第一行）和交叉极化（第二行）输出场在 LHCP 照明下。(c) 模拟和 (d) 测量的焦 xoy 平面 (z = 8.33λ0) 中的能量分布，频率为 9.5、9.8、10.0、10.2 和 10.5 GHz 时同极化（第一行）和交叉极化（第二行）输出场在 RHCP 照明下
上图为在 9.5–10.5 GHz 范围内模拟和测量的制备超表面样品的传输效率。(b) 在 9.5–10.5 GHz 范围内测量的所提出的超表面样品的同极化和交叉极化输出分量的成像效率。
总结与展望
文献详情
Y. Yuan, Q. Wu, S. N. Burokur and K. Zhang, "Chirality-Assisted Phase Metasurface for Circular Polarization Preservation and Independent Hologram Imaging in Microwave Region," inIEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 71, no. 8, pp. 3259-3272, Aug. 2023, doi: 10.1109/TMTT.2023.3256527.
