華中科大研究團隊在5G毫米波透鏡天線領(lǐng)域取得重要進展

近日，國際權(quán)威雜志《增材制造》（Additive Manufacturing, IF:10.998）在線刊發(fā)了華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院呂文中教授團隊最新研究成果《3D打印低溫燒結(jié)5G MIMO陶瓷龍勃透鏡天線》（Stereolithographic additive manufacturing of Luneburg lens using Al2O3-based low sintering temperature ceramics for 5G MIMO antenna. DOI:10.1016/j.addma.2021.102244）。博士生王飛，碩士生李子健為論文共同一作，呂文中為論文通訊作者。

隨著5G通訊技術(shù)的快速發(fā)展，毫米波MIMO技術(shù)因其具有超高傳輸速率、超低通訊時延和更強的通信安全成為5G通訊系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。龍勃透鏡天線(Luneburg Lens)通過天線波束的聚焦與賦性可實現(xiàn)MIMO，與傳統(tǒng)的相控陣天線和反射器天線相比，其可實現(xiàn)無像差的寬頻帶聚焦且降低系統(tǒng)的復(fù)雜性與成本。理想的龍勃透鏡材料要求材料的介電常數(shù)呈階梯分布，自然界里并不存在這樣的介質(zhì)，需要尋找新的解決辦法。

本論文通過引入超材料結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了高介電常數(shù)陶瓷介質(zhì)的梯度分布，并結(jié)合轉(zhuǎn)換光學(xué)理論，采用SLA紫外光固化3D打印工藝制備，制備獲得了一種低剖面結(jié)構(gòu)的龍勃透鏡。該透鏡天線燒結(jié)溫度低（850°C燒結(jié)成型）、成型精度高（凈尺寸與設(shè)計尺寸幾乎一致）、厚度薄（約10mm），在Ku波段實現(xiàn)了±15°的波束掃描，對饋源的增益提升超過5 dBi。該工作為復(fù)雜結(jié)構(gòu)微波/射頻器件一體化成型提供了新思路，有利于推進低成本陶瓷微波/射頻組件的開發(fā)與制備。

去年以來，團隊在3D打印陶瓷微波/射頻器件領(lǐng)域已發(fā)表4篇重要論文，涵蓋微波介質(zhì)陶瓷打印漿料、透鏡天線制備、微波陶瓷濾波器的3D打印等，研究論文有IEEE Antenn. Wirel. Pr.,2021, doi: 10.1109/LAWP.2020.3046489，Adv. Mater. Interfaces,2021,doi:10.1002/admi.202100584，Ceram. Int.,2020

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