方向图可重构天线可以根据环境的变化，调整天线的辐射波束，实现最佳的辐射效率，从而使一副天线用作多付，降低制造成本。大多数的方向图可重构天线是单极化天线，我们除了研究单极化天线之外，还研究设计了性能优良的双极化方向图可重构天线以及极化可变的方向图可重构天线。这些天线可以应用于基站和移动端。 将方向图可重构天线组成阵列，可以提高增益，就能够应用于无线通信的基站或者雷达领域，实现动态的大范围波束扫描。 若将天线阵列应用于基站，可提高基站天线的性能，且实现基站波束的实时动态扫描，可以实现动态波束赋形，从而能根据环境变化，增强所需方向的信号强度，降低干扰方向的信号强度。降低环境中的电磁干扰，提高信号的有效性，有利于提高通信质量，还能够节省能源。 目前我们已经与某公司进行合作开发，研制了高性能的方向图可重构天线，能够满足应用需要。因此，部分研究成果已交付给用户。此外，部分研究成果已申请专利，还有部分成果已经获得专利授权。 超宽带MIMO天线，主要是应用于无线通信，用于提高信道容量。移动端的空间有限，安装多个天线时，天线之间有较强的互耦，这会大大降低天线的性能。采用具有较高隔离度的超宽带MIMO天线，可以实现不同天线之间的低相关性，从而提高通信容量。目前我们已经设计了多种具有较好隔离特性，且频带很宽的超宽带MIMO天线。部分结构已申请专利。

方向图可重构天线可以根据环境的变化，调整天线的辐射波束，实现最佳的辐射效率，从而使一副天线用作多付，降低制造成本。大多数的方向图可重构天线是单极化天线，我们除了研究单极化天线之外，还研究设计了性能优良的双极化方向图可重构天线以及极化可变的方向图可重构天线。这些天线可以应用于基站和移动端。将方向图可重构天线组成阵列，可以提高增益，就能够应用于无线通信的基站或者雷达领域，实现动态的大范围波束扫描。若将天线阵列应用于基站，可提高基站天线的性能，且实现基站波束的实时动态扫描，可以实现动态波束赋形，从而能根据环境变化，增强所需方向的信号强度，降低干扰方向的信号强度。降低环境中的电磁干扰，提高信号的有效性，有利于提高通信质量，还能够节省能源。

复旦大学光子晶体课题组长期聚焦光子晶体等微纳光子材料的光场调控研究和针对微纳材料和器件的先进光学量检测技术的开发和应用，与上海复享光学股份有限公司合作在基础创新、技术突破和产学研转化方面取得了一系列成果。 一、项目分类 显著效益成果转化 二、成果简介 当今，光，作为几乎所有远程探测的手段和信息传播的媒介，对光的多维度测量分析和自由调控，既直接关系到未来信息收集、处理和传输的灵敏度和速率，也与先进微纳制造的精度、效率和能耗等诸多国家核心技术的竞争力息息相关。 复旦大学光子晶体课题组长期聚焦光子晶体等微纳光子材料的光场调控研究和针对微纳材料和器件的先进光学量检测技术的开发和应用，与上海复享光学股份有限公司合作在基础创新、技术突破和产学研转化方面取得了一系列成果。 在基础创新方面： ①动量空间光学测量思想：光与微纳结构的相互作用遵循频率-动量色散关系，也被称为光子能带。在原理上，类似于半导体利用其电子能带操控电子，光子晶体等微纳光子材料也可以通过光子能带操控光。而光子能带的本质存在于动量空间。相比于已经商业化的可探测固体材料动量空间中复杂电子能带的多维度角分辨光电子能谱设备，针对光子晶体等光子材料动量空间中光子能带的多维度光谱测量技术和设备在全世界尚属空白，亟需发展。团队突破了传统光谱测量思路，提出了从动量空间视角量检测微纳光子器件光学性能的思想。 ②适合微纳尺寸器件的动量空间成像技术：微纳尺寸的测量依赖显微镜。但显微技术在追求实空间分辨率的同时丧失了动量空间的分辨能力。此成果将傅里叶光学技术与显微技术相融合，解决了动量空间成像的像差和色差问题，实现了实空间和动量空间的双高分辨率。 ③多维度光学信息提取：相位和偏振态是可供光子器件信息调制的新自由度。团队将时域外差干涉技术延拓到具有显微分辨能力的动量空间外插干涉技术，单次成像实现了在光波长尺寸内40毫弧度的相位测量精度。同时，建立了适合于动量空间成像测量技术的耦合模理论，实现了在非相干的白光照明下任意椭圆偏振态的测量。 ④光学量测中国解决方案：处于芯片产业上游的微纳制程光学量测环节，是芯片良品率控制的关键。在此关键领域，我国远远落后于国际先进水平。动量空间成像光谱技术所采集的多维度光谱信息富含微纳结构的三维形貌信息。团队提出并实现了基于动量空间成像光谱技术的全新光学微纳制程量测新原理和新技术。该原理利用深度神经网络构筑了微纳米尺度结构与动量空间色散的构效关系和映射。同时，由于在所测量的色散关系中包含了冗余的结构信息，因此在实际技术应用中极大优化了量测逆问题中测量噪音带来的病态问题。 ⑤相关成果：团队以通讯作者发表1篇Nat.Photon.，1篇Nat.Commun.，3篇PRL，4篇Light：Sci.&Appl.，1篇Sci.Bull.，1篇Light:Advanced Manufacturing等国内外高水平期刊论文。动量空间成像光谱技术使动量空间得以被直接实验观测，并成为发现新光场调控机制的眼睛。团队利用此技术首次实验揭示了动量空间中存在具有拓扑奇点的偏振场，提出了动量空间中光场调控的新思路，开辟了光子晶体在全偏振态、涡旋光束生成和光束位移操控方面的新应用。由于周期性光子晶体无几何中心，因此不需光学对准，具有应用价值，成果被评为2020年度中国光学十大进展，入选ISI高被引论文。日本NTT首席科学家Notomi在Nat.Photon.上以"动量空间中的拓扑成真"为题对团队工作进行专题报道，给予高度评价。 在技术突破方面： ①在国际上首次实现了广谱符合阿贝正弦关系的动量空间成像光谱设备。其中动量分辨率小于1.7毫弧度，实空间分辨率小于600纳米，相位分辨率小于40毫弧度，最大偏振度误差小于1%，波长分辨率小于0.1纳米。 ②结合产业需求和动量空间成像光谱技术的优势，提供了一系列产业问题的分析解决方案，包括利用动量空间偏振依赖的辐射分布量测发光分子三维取向分布和利用动量空间光子色散关系逆向量测微纳结构纳米精度的三维形貌等。实测结果达到亚纳米分辨稳定性和98%以上的置信度，测量膜厚与计量认证厚度差异小于5埃。 ③相关成果授权发明专利9项，在申请PCT国际专利2项。

针对射频天线挤出外罩类材料因户外使用易产生紫外光降解和介电损耗大的难题，以成本低廉的聚氯乙烯树脂为基体材料，通过复配耐热改性树脂、增韧剂、加工助剂、紫外光屏蔽剂等功能助剂，开发具有自主知识产权环境友好型射频天线基站用耐高温、耐候性改性聚氯乙烯天线罩。

随着现代无线通信技术的快速发展，许多应用场合要求天线的辐射方向图具有低副瓣的特性，为了能够更好的满足系统设计要求，往往需要把若干个天线按照某种方式排列构成阵列天线。排列方式可分别均匀和不均匀排列，其中等距阵列天线可以精确地控制各个阵元的激励，以产生低副瓣的辐射方向图，但是往往需要复杂的馈电网络，不仅提高了系统的辐射损耗，而且增加了天线系统的设计和制造难度。相比之下，不等距阵列天线具有独特的优势，如减少系统所需的阵元数量、避免辐射方向图出现栅瓣、实现低副瓣的辐射方向图和具有简单的馈电网络等等。然而，涉及阵元分布位置的辐射方向图综合问题是非线性的，使得不等距阵列天线的方向图综合比均匀阵列天线困难和复杂。团队围绕大型阵列天线设计、方向图优化特别是在布阵方面的应用已进行了系列化的研究领域，近年来完成了多个省级科技项目，重点研究涵盖了不等距阵列天线、泰勒-指数等多种复合函数模型和模组化激励幅度及其对阵列特性和方向图的多控优化技术等。发表相关的IEEE、EI检索论文10多篇，在新型阵列天线的结构设计、方向图优化等方面取得了系列成果。 从投资的角度，阵列天线批量研制工艺要求虽相对较复杂，但采用常规具有一定精度的机械加工设备或者高稳定度的PCB制版设备，就可以完成具有一定集成度的阵列结构，设备寿命较长，在高科技设计技术的保障下操作调控也很方便。扣除产品的后期包装和推广成本，利润极高，需求量大，保守估计各种类别的阵列天线年产值都会在数千万以上，属于低投入高回报的产业，核心点在于材料结构及天线设计。 项目投资额视合作关系而定，一般前期投入每个特需专项前期150~200万人民币，后期追加及提成  (不包括厂房等投入)。

传统的光学天线通常要求光学天线中的透镜系统具有大口径，大口径的光学透镜制造难度高，配合较高的相对安装精度，引起成本的大幅增加，且大尺寸的光学透镜一般比较笨重，更给装调对准等安装工作带来了难度，也带来一系列的技术难题，大大影响了光学天线的效果，限制了空间光通信技术的发展。 本发明旨在克服现有技术中的问题，提供一种制作简单、可以集成到其他系统中、兼具探测功能的全息天线。本发明的全息天线利用基于同一基底的一系列光栅实现光收集/发送、分光/合光，以及光电转换的功能，不依赖透镜系统，可以同时满足超薄尺寸和大孔径的要求，且不带来制作难度和成本的增加,也利于安装定位。

（一）项目背景 本项目源自无线通信系统中多波束天线设计实际技术需求。多波束系统具有高角度选择性，可以实现频率复用，即同一个频段在不同空间内得到重复利用，能够大幅度提高信道容量。传统相控阵天线系统中的移相器、衰减器成本高昂，能效较低，难以民用。常用替代方案有无源矩阵网络阵列天线和抛物面天线系统。但阵列天线的馈电网络随着天线数量的增加会更加复杂，并带来严重的损耗问题；而抛物面天线系统虽然性能优良，但其体积相对较大、笨重，不利于集成。因此，提高多波束天线系统的效率、简化结构、降低成本是迫切需要解决的关键科技问题。 （二）项目简介 本项目提供一种用于无线通信系统中的多波束低造价超表面天线。当每个波束独立工作时，通过切换波束实质上实现了波束扫描。雷达、卫星通信、新一代移动通信都需要波束扫描或多波束天线提高通信容量和覆盖灵活性。超表面具有调控电磁波的极化、传播和空间分布的能力，将电磁超表面与天线设计相结合，有效避免了复杂网络设计、成本较低、设计灵活。研究基于电磁超表面的高效率、低成本的多波束天线是解决上述问题的一个重要设计方向。 （三）关键技术 该项目利用超表面的灵活相位调控，实现多个波束的产生，涉及到的关键技术包括多波束天线以及涡旋波生成技术。 1.多波束技术。多波束天线具有高增益、低副瓣以及可在较宽范围内波束扫描等优点，广泛应用于雷达系统、卫星通信以及 5G 通信等技术领域，在满足辐射性能要求的同时还要考虑成本、可靠性、体积等因素。其中，多波束抛物面天线、多波束相控阵天线、多波束透镜天线等应用最为广泛。抛物面天线增益高、结构简单，但往往体积笨重、波束一致性差、覆盖范围窄，波束扫描速度较慢；相控阵天线采用电子扫描的工作方式，具有较高的扫描精度和较快的扫描速度，然而大规模的有源相控阵制造成本高，难以大量应用；多波束透镜天线具有频带宽、波束覆盖范围广、结构简单、成本低等优点，基于电磁超表面的透射阵易于加工、剖面低，具有较为广泛的应用。利用电磁超表面可以实现对电磁波波前相位的灵活调控，高增益多波束透射阵天线由 90°极化旋转超表面单元组成，该超表面单元可以同时完成极化旋转和相位补偿。将 5 个线极化平面馈源以空间馈电形式安装，5 个平面馈源分别独立馈电可以形成 5 个不同指向的波束，从而完成波束扫描。该天线剖面较低，采用空馈技术使得馈电网络简单，整个天线质量轻，便于安装，是无线通信系统中天线端可取的方案。 2.涡旋波生成技术。在微波射频波段产生涡旋电磁波，常用方法通常为螺旋相位板、反射面和环形阵列天线，螺旋相位板成本高、体积大，产生涡旋波效率低，不利于远距离传输；反射面容易设计、效率高，但加工较为困难且体积较大，限制了应用范围；环形阵列天线可以调节阵元间相位差以产生精确的涡旋电磁波，是较为方便有效的方法之一，加工容易，成本较低，但馈电网络设计较为复杂，不利于大规模推广。 基于人工电磁表面的天线技术近年来发展迅速，超表面是由亚波长单元在特定平面或曲面通过周期排列构成，其厚度小于工作波长。超表面与传统材料相比，其功能上的优势体现为可以对照射到其表面的电磁波传播特性和反射特性进行灵活调控，即对透射波和反射波的幅度分布、相位分布、极化状态的灵活控制，使波束在电磁表面上形成 exp(-jlφ)的相位分布，就可产生 OAM 涡旋电磁波束。由于每个电磁表面单元的相位都具有独立调整的能力，因此设计自由度大，能产生模态纯净的 OAM 涡旋电磁波束，同时超表面天线的剖面通常很低，占用空间小，平面印刷结构也大幅降低结构设计的复杂性，同时由于不需要馈电网络，也不存在馈电损耗，容易实现较高的口径利用效率。

1、【接收天线】无源；可测－75dBm或5pC的放电信号；频率范围：0.3-1.8GHz输出接口：50欧或75欧同轴电缆驻波比：小于3 2、【放大器】输入接口：50欧或75欧同轴电缆，来自接收天线放大倍数：40dB滤波输出：1kHz - 100MHz带通噪声系数NF：小于3db

实验上测量了800nm和400nm园偏振激光与Xe原子相互作用作用的多光子电离过程，通过冷靶电子离子动量谱仪，实现光电子能谱和动量谱的高精度测量。实验上，发现在400nm波长条件下，测量到可分辨多光子特征的电子能谱和动量谱结构。由于Xe原子具有很强的自旋轨道耦合效应，实验上观测到3/2P（红色箭头）和1/2P（白色箭头）引起的能级分裂的动量分布和能量分布.而对于1/2P能级，在园偏振激光作用下，可以选择性性激发自旋向下或自旋向上的电子 [图1（d）]，因此，可以通过1/2P能级可以实现高自旋极化度的光电子。

本发明公开了一种基于堆叠行波天线单元的低剖面宽带圆极化阵列天线，包括：由3段首尾相连的印刷在介质板两侧的金属层及连接2层的金属化通孔构成的圆极化天线单元、由金属化通孔腔体及4个天线单元构成的2×2天线子阵、由金属化通孔构成的16路全并行馈电网络、馈电层和金属腔及天线之间用于耦合馈电的缝隙、用于测试的接地共面波导(Grounded Coplanar Waveguide,GCPW)与基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)之间的转接结构。采用本发明的方法所设计的天线阵列可以采用印刷电路板工艺制作。该天线阵列能够在非常宽的频段内实现圆极化辐射。