ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 11
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.11.2
УДК (621.371.332.3: 621.396.96): 537.876.23
Современные устройства, антенны и отражатели с невзаимными свойствами (обзор)
А. Н. Сычев, Н. Д. Малютин
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40
Статья поступила в редакцию 5 октября 2020 г.
Аннотация. В обзоре рассматриваются СВЧ антенны, устройства (включая отражатели), материалы и среды с невзаимными свойствами, которые из-за их уникальности и перспективности применения стали темой большого количества научных исследований и публикаций. Отмечается, что амплитудная невзаимность может быть реализована не только с помощью подмагниченных ферритов и полупроводниковых усилителей, но и на основе параметрических и нелинейных структур с использованием пространственно-временной модуляции. Делается вывод о том, что поляризационная невзаимность также может быть достигнута и на безмагнитных компонентах, включая варикапы, другие параметрические элементы. При анализе взаимных отражателей, выполненных как на «тонких» поверхностных структурах, так и на объемных волноводах, рассматриваются взаимные кросс-поляризующие (деполяризующие) отражатели-«невидимки», преобразующие исходную поляризацию падающей волны в ортогональную поляризацию отраженной, которые могут быть построены с использованием лишь взаимных пассивных компонентов без применения невзаимных (ферритовых циркуляторов, гираторов и т.п.). Совмещение поляризационных и невзаимных свойств в радарных отражателях, RFID-метках и т.п., является дополнительной степенью свободы при проектировании радиоэлектронных систем нового поколения.
Ключевые слова: невзаимное отражение, поляризационная невзаимность, пространственно-временная модуляция, кросс-поляризующие отражатели, RFID-метки.
Abstract. The review deals with microwave antennas, devices (including reflectors), materials and media with nonreciprocal properties, which, due to their uniqueness and promising application, have become the topic of a large number of scientific studies and publications. It is noted that amplitude nonreciprocity can be realized not only with the help of magnetized ferrites and semiconductor amplifiers, but also based on parametric and nonlinear structures using space-time modulation. Therefore, polarization nonreciprocity can also be achieved on magnet-free components, including varactors, and other parametric elements. When analyzing reciprocal reflectors made both on "thin" surface structures and on bulk waveguides, it is appropriate to consider reciprocal cross-polarizing (depolarizing) "invisible"-reflectors, converting the initial polarization of the incident wave into the orthogonal polarization of the reflected wave, which can be built with using only reciprocal passive components without the use of non-reciprocal ones (ferrite circulators, gyrators, etc.). The combination of polarization and nonreciprocal properties in radar reflectors, RFID tags, etc., is an additional degree of freedom in the design of new generation electronic systems.
Key words: non-reciprocal reflection, polarization nonreciprocity, space-time modulation, cross-polarizing reflectors, RFID tags.
Литература
1. Сазонов Д. М., Гридин А. М., Мишустин Б. А. Устройства СВЧ – М: Высш. школа, 1981.
2. Sukhanyuk M., Shoshin E. L. Nonreciprocal horn reflector // Proceedings of the 9th International Scientific and Practical Conference of Students, Post-graduates Modern Techniques and Technologies, 2003. MTT 2003, Tomsk, 2003. P. 71-73. https://10.1109/SPCMTT.2003.1438135.
3. Пат. RU2398318. Радиолокационный отражатель. / Авторы: Осипов М.В., Хлусов В.А. Патентообладатель: ЗАО "Научно-производственная фирма Микран". Заявка 2009130828/09, 12.08.2009, опубл.: 27.08.2010.– Бюл. № 24.
4. Пат. RU2398317. Радиолокационный отражатель с управляемыми поляризационными свойствами / Авторы: Доценко В.В., Осипов М.В., Хлусов В.А., Патентообладатель: ЗАО "Научно-производственная фирма Микран", Заявка № 2009132450/09, заявл.: 27.08.2009, опубл.: 27.08.2010.– Бюл. № 24.
5. Taravati S., Kishk A.A. Space-time modulation: Principles and applications // IEEE Microwave Magazine.2020. Vol. 21. No. 4. P. 30-56. April 2020. https://doi.org/10.1109/MMM.2019.2963606.
6. Taravati S., Chamanara N., Caloz C.. Nonreciprocal electromagnetic scattering from a periodically space-time modulated slab and application to a quasisonic isolator // Phys. Rev. B, Condens. Matter. 2017. Vol. 96. No. 16. P. 165,144, Oct. 2017. https://doi.org/10.1103/Phys-RevB.96.165144.
7. Qin S., Xu Q., Wang Y.E. Nonreciprocal components with distributedly modulated capacitors // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 2014. Vol. 62. No. 10. P. 2260–2272.
8. Wu Z., Grbic A. Serrodyne frequency translation using time-modulated metasurfaces // [On-line]: https://www.researchgate.net/publication/333161134.
9. Li J., Zhu X., Shen C., Peng X., Cummer S.A. Transfer matrix method for the analysis of space-time-modulated media and systems // Physical Review B. 2019. Vol. 100. P. 144311. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.144311.
10. Nagulu A., Reiskarimian N., Krishnaswamy H. Non-reciprocal electronics based on temporal modulation // Nat Electron. 2020. No.3. P. 241–250. [Online]: https://doi.org/10.1038/s41928-020-0400-5.
11. Ramaccia D., Sounas D.L., Alu A., Bilotti F., Toscano A. Nonreciprocity in antenna radiation induced by space-time varying metamaterial cloaks // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2018. Vol. 17. No. 11. P. 1968–1972. https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2870688.
12. Zang W.J., Wang X.T., lvarez-Melcon A.A., Gomez-Diaz J.S. Nonreciprocal Yagi-Uda filtering antennas. https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2947847 [Online]: https://arxiv.org/abs/1906.06418.
13. Guo X., Ding Y., Duan Y., Ni X. Nonreciprocal metasurface with space-time phase modulation”. [Online] www.nature.com/lsa.
14. Al-Nuaimi M.K.T., Hong W., Mahmoud A. Design of cross polarization conversion metasurface using dumbbell-like unit cell // 2017 Sixth Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP), Xi'an. 2017. P. 1–3. https://doi.org/10.1109/APCAP.2017.8420433.
15. Lin B., Wang B., Meng W., Da X., Li W., Fang Y., Zhu Z. Dual-band high-efficiency polarization converter using an anisotropic metasurface // Journal of Applied Physics. 2016. Vol. 119. P. 183103. [Online]: https://doi.org/10.1063/1.4948957.
16. Khan M.I., Fraz Q., Tahir F.A. Ultra-wideband cross polarization conversion metasurface insensitive to incidence angle // Journal of Applied Physics. 2017. Vol.121. P. 045103. [On-line] https://doi.org/10.1063/1.4974849.
17. Khan M.I., Khalid Z., Tahir F.A. Linear and circular-polarization conversion in X-band using anisotropic metasurface // Scientific Reports. 2019. No.9. P. 4552. https://doi.org/10.1038/s41598-019-40793-2
[Online]: https://www.nature.com/articles/s41598-019-40793-2
18. Visentin T., Michev R., Hasch J., Zwick T. Cross-polarized planar reflector for polarimetric radar calibration at 77 GHz // Conf. 2018 German Microwave Conf. (GeMiC). https://doi.org/10.23919/GEMIC.2018.8335035.
19. Vena A., Perret E., Tedjni S. A Depolarizing chipless RFID tag for robust detection and its FCC compliant UWB reading system // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2013. Vol. 61. No.8. P. 2982-2994. https://doi.org/10.1109/TMTT.2013.2267748.
20. Khaledian S., Farzami F., Smida B., Erricolo D. Two-way backscatter communication tag using a reflection amplifier // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2019. Vol. 29. No. 6. P. 421-423. https://doi.org/10.1109/LMWC.2019.2912299.
21. Zhao X., Wu K., Chen C., Bifano T. G., Anderson S. W., Zhang X. Nonreciprocal magnetic coupling using nonlinear meta-atoms. // Adv. Sci. 2020. P. 2001443. https://doi.org/10.1002/advs.202001443.
Для цитирования:
Сычев А.Н., Малютин Н.Д. Современные устройства, антенны и отражатели с невзаимными свойствами (обзор). Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.11.2