华中大吕文中教授团队在3D打印5G毫米波透镜天线领域取得重要进展

近日，国际权威杂志《增材制造》（Additive Manufacturing, IF:10.998）在线刊发了华中科技大学光学与电子信息学院吕文中教授团队最新研究成果《3D打印低温烧结5G MIMO陶瓷龙勃透镜天线》（Stereolithographic additive manufacturing of Luneburg lens using Al₂O₃-based low sintering temperature ceramics for 5G MIMO antenna. DOI:10.1016/ j.addma.2021.102244）。博士生王飞，硕士生李子健为论文共同一作，吕文中教授为论文通讯作者。

随着5G通讯技术的快速发展，毫米波MIMO技术因其具有超高传输速率、超低通讯时延和更强的通信安全成为5G通讯系统的关键技术。龙勃透镜天线(Luneburg Lens)通过天线波束的聚焦与赋性可实现MIMO，与传统的相控阵天线和反射器天线相比，其可实现无像差的宽频带聚焦且降低系统的复杂性与成本。理想的龙勃透镜材料要求材料的介电常数呈阶梯分布，自然界里并不存在这样的介质，需要寻找新的解决办法。本论文通过引入超材料结构，实现了高介电常数陶瓷介质的梯度分布，并结合转换光学理论，采用SLA紫外光固化3D打印工艺制备，制备获得了一种低剖面结构的龙勃透镜。该透镜天线烧结温度低（850°C烧结成型）、成型精度高（净尺寸与设计尺寸几乎一致）、厚度薄（约10mm），在Ku波段实现了±15°的波束扫描，对馈源的增益提升超过5 dBi。该工作为复杂结构微波/射频器件一体化成型提供了新思路，有利于推进低成本陶瓷微波/射频组件的开发与制备。

去年以来，吕文中教授团队在3D打印陶瓷微波/射频器件领域已发表4篇重要论文，涵盖微波介质陶瓷打印浆料、透镜天线制备、微波陶瓷滤波器的3D打印等，研究论文有IEEE Antenn. Wirel. Pr.,2021, doi: 10.1109/LAWP.2020.3046489，Adv. Mater. Interfaces,2021,doi:10.1002/admi.202100584，Ceram. Int.,2020,doi:10.1016/j.ceramint.2020.03.282。