韩家奇^{1, 3,},
田顺成^1,,
易浩^1,,
马向进^1,,
廖桂生^2,,
李龙^{1, 3,,}
1.西安电子科技大学超高速电路设计与电磁兼容教育部重点实验室 西安 710071
2.西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室 西安 710071
3.人工智能与数字经济广东省实验室 广州 510330
基金项目:国家自然科学基金(62001342)，上海交通大学-西安电子科技大学教育部重点实验室联合基金(LHJJ/2020-02)，中央高校基础科研基金(XJS200207)

详细信息

作者简介:韩家奇(1991–)，男，河南人，博士，讲师，2019年在西安电子科技大学电子工程学院获博士学位。在全国第1届超材料大会上，荣获超材料研究学术新人奖。主要研究方向为可编程超表面、微波计算成像。E-mail: jqhan@xidian.edu.cn
田顺成(1990–)，男，天津人，2013年在西安电子科技大学获学士学位，西安电子科技大学在读博士生。主要研究方向为新型人工超构材料设计、微波计算成像、人工智能辅助天线设计。E-mail: sctian@xidian.edu.cn
易浩：易　浩(1988–)，男，湖南人，西安电子科技大学博士研究生，主要研究方向为毫米波雷达天线，超表面天线。E-mail: haoyi@stu.xidian.edu.cn
马向进(1998–)，男，安徽人，西安电子科技大学硕士研究生，主要研究方向为可编程超表面。E-mail: 1801738467@qq.com
廖桂生(1963–)，男，广西人，博士，教授，1992年在西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室获得博士学位，现为西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室教授，西安电子科技大学电子工程学院院长，教育部********，国家****基金获得者。主要研究方向为雷达系统技术与阵列处理、雷达稀疏成像处理等。E-mail: liaogs@xidian.edu.cn
李龙：李　龙(1977–)，男，贵州人，西安电子科技大学教授，博士生导师，超高速电路设计与电磁兼容教育部重点实验室主任，海棠九号书院院长，教育部********，新世纪优秀人才，陕西省****基金获得者。主要研究方向为智能超材料、超材料天线与微波器件、场路协同设计。E-mail: lilong@mail.xidian.edu.cn

通讯作者:李龙 lilong@mail.xidian.edu.cn

责任主编：李廉林 Corresponding Editor: LI Lianlin
中图分类号:O441.4

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出版历程

收稿日期:2021-01-06
修回日期:2021-03-09
网络出版日期:2021-03-29

High-performance Microwave Computational Imaging System Based on Information Metamaterials

HAN Jiaqi^{1, 3,},
TIAN Shuncheng^1,,
YI Hao^1,,
MA Xiangjin^1,,
LIAO Guisheng^2,,
LI Long^{1, 3,,}
1. Key Laboratory of High Speed Circuit Design and EMC of Ministry of Education, Xidian University, Xi’an 710071, China
2. National Laboratory of Radar Signal Processing, Xidian University, Xi’an 710071, China
3. Pazhou Lab, Guangzhou 510330, China
Funds:The National Natural Science Foundation of China (62001342), Joint Foundation of Key Laboratory of Shanghai Jiao Tong University-Xidian University, Ministry of Education (LHJJ/2020-02), Fundamental Research Funds for the Central Universities (XJS200207)

More Information

Corresponding author:LI Long, lilong@mail.xidian.edu.cn

摘要
摘要:该文深入阐述基于信息超材料的高性能微波计算成像系统架构设计、工作原理与建模分析。首先，利用信息超材料对电磁波优异的调节能力，结合压缩采样理论，重点讨论信息超材料多样杂散波束产生及高性能辐射设计方法。再进一步构建针对高辐射性能信息超材料微波计算成像系统的数值模型，并提出一种高性能色散信息超材料单元，该单元带阻频率捷变特性可覆盖整个X波段。基于该单元设计了一款高透射效率信息超材料透镜，在成像区域内辐射性能较当前超材料孔径提高3倍，辐射效率达到75%。最后基于所构建的数值模型，计算验证所提出的高透射率色散信息超材料透镜对理想散射体的图像还原能力。该文所研究的基于信息超材料的高性能微波计算成像系统，为成像雷达、安防预警、医疗检测等应用提供了坚实的理论依据和前瞻性探索。
关键词:信息超材料/
计算成像/
高性能辐射/
压缩采样/
微波成像
Abstract:In this paper, we propose a detailed architectural design, principle of operation, and modeling analysis of a high-performance microwave computational imaging system based on information metamaterials. We use the excellent electromagnetic wave manipulation capabilities of information metamaterials, combined with compressive sampling theory, and elaborate the design approaches of stray beam generation and high-performance radiation. Furthermore, we develop a numeric model for describing this imaging system and propose a high-performance frequency-diverse information metamaterial element whose band stop characteristic can cover the X-band. Based on the element, a high-performance information metamaterial lens is designed, which achieved 75% radiation efficiency, which is three times compared with existing metamaterial apertures over the imaging region. Finally, on the basis of the proposed numeric model, we compute and reconstruct ideal scattering objects using the high-performance information metamaterial lens, validating the ability of image restoration. Study on the high-performance microwave computation imaging system in this work laid the foundation for solid theory and prospective exploration, which can be applied for imaging radar, security monitoring, and medical testing.
Key words:Information metamaterial/
Computational imaging/
High-performance radiation/
Compressive sampling/
Microwave imaging



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