清華新聞網(wǎng)6月27日電 清華大學(xué)電子工程系副教授李越課題組近日提出使用近零介電常數(shù)（Epsilon-near-zero, ENZ）媒質(zhì)構(gòu)造幾何無(wú)關(guān)的新型天線(xiàn)，使天線(xiàn)的工作頻率不再與天線(xiàn)的幾何形狀有關(guān)，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)空間輻射特性和工作頻率的獨(dú)立設(shè)計(jì)。該成果為天線(xiàn)設(shè)計(jì)提供了全新的靈活性，在柔性電子、智能感知與無(wú)線(xiàn)通信等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
ENZ天線(xiàn)幾何無(wú)關(guān)特性的概念圖
ENZ媒質(zhì)，即介電常數(shù)接近零的媒質(zhì)，電磁波在這種媒質(zhì)中具有無(wú)限大的波長(zhǎng)和相速度，因此呈現(xiàn)諸多幾何無(wú)關(guān)的特性。研究利用ENZ媒質(zhì)的這一性質(zhì)，設(shè)計(jì)了工作頻率與幾何形狀無(wú)關(guān)的ENZ天線(xiàn)。傳統(tǒng)天線(xiàn)的工作頻率由其幾何尺寸與形狀決定，而研究提出的ENZ天線(xiàn)，其工作頻率與天線(xiàn)的幾何尺寸無(wú)關(guān)，而是完全由媒質(zhì)本身的色散特性決定。這種幾何無(wú)關(guān)的特性使得ENZ天線(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)天線(xiàn)所不能實(shí)現(xiàn)的極端尺寸與輻射性能。此外，研究還利用ENZ媒質(zhì)的波前調(diào)控能力，設(shè)計(jì)出通過(guò)形變實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)輻射特性改變的多功能ENZ天線(xiàn)，為柔性天線(xiàn)提供了新的解決方案，充分展現(xiàn)了ENZ媒質(zhì)在天線(xiàn)的功能擴(kuò)展與性能提升方面的潛能。
ENZ天線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試：（a）待測(cè)天線(xiàn)的實(shí)物照片，（b）天線(xiàn)反射系數(shù)的頻譜，（c）天線(xiàn)的輻射方向圖
6月22日，基于上述研究，清華大學(xué)電子工程系副教授李越課題組在《自然·通訊》（Nature Communications）發(fā)表了題為“基于近零指數(shù)媒質(zhì)的幾何無(wú)關(guān)天線(xiàn)”（Geometry-independent antenna based on Epsilon-near-zero medium）的研究論文。
本論文的理論和實(shí)驗(yàn)工作均在清華大學(xué)完成，清華大學(xué)電子工程系為論文第一單位。李越、西班牙納瓦雷公立大學(xué)博士伊涅格·里博洛（Inigo Liberal）和美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)電氣與系統(tǒng)工程系教授納德·恩赫塔（Nader Engheta）為本文通訊作者，電子工程系2018級(jí)博士生李昊與2017級(jí)博士生周子恒為文章共同第一作者。其他作者包括清華大學(xué)電子工程系2019級(jí)博士生孫旺宇與2016級(jí)校友何翼景。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助，以及清華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和電子系自主科研經(jīng)費(fèi)的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31013-z
供稿：電子系
題圖設(shè)計(jì)：任左莉
編輯：李華山
審核：郭玲 呂婷
