一种具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元制造技术

本发明专利技术公开了一种具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元，包括依次设置的表层金属结构层、中间介质板层和底层金属地；表层金属结构层包括第一多边形金属贴片、第二多边形金属贴片、第一金属导线和第二金属导线，第一金属导线与第一多边形金属贴片的边框平行相接，第二金属导线与第二多边形金属贴片的边框平行相接，第一多边形金属贴片与第二多边形金属贴片上下对称放置，且通过PIN二极管联接。本发明专利技术通过控制基本单元中PIN二极管两端的压降，从而改变其工作状态，进而对反射相位进行调控。并且将热敏电阻与基本单元通过电压控制电路集成，使热敏电阻所检测到的热源的分布由二极管的开关状态反馈出来，继而可以控制反射相位，实现了具有可编程热感知的反射相位调控基本单元。

A reflection phase controlled hypersurface element with programmable thermal sensing

【技术实现步骤摘要】
一种具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元
本专利技术属于新型人工电磁材料
，特别涉及一种在微波段具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元。
技术介绍
超材料作为具有周期性结构的人工材料，表现出了优异的电磁控制特性，且在材料设计上实现了较高的自由度，从而产生了超透镜、计算成像、隐身以及负折射等的应用。为了进一步克服损耗和轮廓的缺点，将超表面作为二维版本的超材料。与超材料的体结构相比，超材料不仅继承了超材料优越的电磁特性，而且易于加工和应用。其中，编码超表面将每个单元编码不同的数字态，例如“0”和“1”，由于其高效、简单、灵活的设计过程，实现了矢量波束、幅度调制和散射方向图的调控等编码和可编程的工作。传感与多物理场调控相结合一直以来都是广泛研究的课题。例如，利用热刺激来控制电磁特性，集成了超材料吸波器。在研究电磁、机械和热响应之间的非线性机理的基础上，通过应用具有热敏性的纳米颗粒或微拓扑结构，可以实现机械可调的超材料，从而能够可逆地改变其性能。另外，由于水具有特殊的热学和电磁学特性，被用作超表面的介质层，其介电常数会随环境温度的不同而发生变化。热源控制不仅应用于微波波段，还可以扩展到红外、太赫兹以及光学波段。然而，上述工作仍停留在整体调控上，缺乏灵活、分散、简单的控制方式。同时，目前的研究大多局限于吸波特性的控制上，而忽略了相位等其他的重要参数。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元。将热敏电阻与PIN二极管相结合，热敏电阻可感应分布的热刺激，并反馈给PIN二极管，使其两端偏压发生变化，继而改变二极管的开关状态，实现反射相位的调控。为了现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元，基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层、中间介质板层和底层金属地；所述表层金属结构层包括附于中间介质板层上表面的第一多边形金属贴片、第二多边形金属贴片、第一金属导线和第二金属导线，第一金属导线与第一多边形金属贴片的边框平行相接，第二金属导线与第二多边形金属贴片的边框平行相接，第一多边形金属贴片与第二多边形金属贴片上下对称放置，且通过PIN二极管联接。进一步的，所述基本单元的周期边长a为9-11mm；第一多边形金属贴片和第二多边形金属贴片的斜边与底边最短间距b均为3-5mm；第一多边形金属贴片和第二多边形金属贴片的斜边与底边最长间距d均为3.2-5.2mm；第一多边形金属贴片和第二多边形金属贴片的底边长度均为5-7mm；第一金属导线和第二金属导线与单元边框的距离w均为0.2-0.4mm，长度与基本单元周期边长a一致；中间介质板层的厚度h为2.9-3.1mm，介电常数为2.8-3.2，损耗角正切为-0.001-0.005。优选的，所述基本单元的周期边长a为10mm；第一多边形金属贴片和第二多边形金属贴片的斜边与底边最短间距b均为4mm；第一多边形金属贴片和第二多边形金属贴片的斜边与底边最长间距d均为4.2mm；第一多边形金属贴片和第二多边形金属贴片的底边长度均为6mm；第一金属导线和第二金属导线与单元边框的距离w均为0.3mm，长度与基本单元周期边长a一致；中间介质板层的厚度h为3mm。进一步的，所述具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元有2种基本单元状态；当热敏电阻感应到热量时，会通过电压控制电路直接改变PIN二极管的开关状态，在正入射电磁波的照射下，基本单元可产生2种反射相位响应，并将其编码为2种数字态编码，2种具有不同相位的数字态编码对应2种基本单元的PIN二极管的导通和截止状态。进一步的，所述2种数字态编码“0”和“1”，分别表示正入射电磁波下相位差为180°的反射相位数字态。进一步，2种基本单元的工作状态中，“0”对应PIN二极管的工作状态为截止，“1”对应PIN二极管的工作状态为导通。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术区别于传统的利用等效媒质参数对超表面进行分析与设计的方案，从数字编码的角度分析和设计超表面，极大的简化了设计过程；2.本专利技术通过利用热敏电阻来控制二极管的偏压，实现了反射相位的控制，且反射效率高。3.本专利技术加工简单，便于实现，仅依靠简单的金属图样，在微波频段内易于制备加工。附图说明图1是本专利技术中基本单元的正面结构示意图；图2是本专利技术中基本单元的反面结构示意图；图3是本专利技术中基本单元的截面结构示意图；其中：1-表层金属结构层，11-第一多边形金属贴片，12-第二多边形金属贴片，13-第一金属导线，14-第二金属导线，2-PIN二极管，3-中间介质板层，4-底层金属地；a为基本单元的周期边长；b为多边形金属贴片斜边与底边的最短间距；c-多边形金属贴片底边的长度；d-为多边形金属贴片斜边与底边的最长间距；w为金属导线与单元边框的距离；h为介质板层的厚度；图4是本专利技术中基本单元的性能结构，其中：图4（a）是基本单元的立体示意图；图4（b）是二极管的RLC模型；图4（b）和（c）是基本单元的反射相位和幅度仿真结果；图5是本专利技术中采用的电压控制电路。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1-3所示，一种具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元，基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层1、中间介质板层3和底层金属地4；所述表层金属结构层1包括附于中间介质板层3上表面的第一多边形金属贴片11、第二多边形金属贴片12、第一金属导线13和第二金属导线14，第一金属导线13与第一多边形金属贴片11的边框平行相接，第二金属导线14与第二多边形金属贴片12的边框平行相接，第一多边形金属贴片11与第二多边形金属贴片12上下对称放置，且通过PIN二极管2联接。所述基本单元的周期边长a为9-11mm；第一多边形金属贴片11和第二多边形金属贴片12的斜边与底边最短间距b均为3-5mm；第一多边形金属贴片11和第二多边形金属贴片12的斜边与底边最长间距d均为3.2-5.2mm；第一多边形金属贴片11和第二多边形金属贴片12的底边长度均为5-7mm；第一金属导线13和第二金属导线14与单元边框的距离w均为0.2-0.4mm，长度与基本单元周期边长a一致；中间介质板层3的厚度h为2.9-3.1mm，介电常数为2.8-3.2，损耗角正切为-0.001-0.005。作为一个优选方案，所述基本单元的周期边长a为10mm；第一多边形金属贴片11和第二多边形金属贴片12的斜边与底边最短间距b均为4mm；第一多边形金属贴片11和第二多边形金属贴片12的斜边与底边最长间距d均为4.2mm；第一多边形金属贴片11和第二多边形金属贴片12的底边长度均为6mm；第一金属导线13和第二金属导线14与单元边框的距离w均为0.3mm，长度与基本单元周期边长a一致；中间介质板层3的厚度h为3mm。所述具有可编程热感知的反射相位调控超表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层（1）、中间介质板层（3）和底层金属地（4）；所述表层金属结构层（1）包括附于中间介质板层（3）上表面的第一多边形金属贴片（11）、第二多边形金属贴片（12）、第一金属导线（13）和第二金属导线（14），第一金属导线（13）与第一多边形金属贴片（11）的边框平行相接，第二金属导线（14）与第二多边形金属贴片（12）的边框平行相接，第一多边形金属贴片（11）与第二多边形金属贴片（12）上下对称放置，且通过PIN二极管（2）联接。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有可编程热感知的反射相位调控超表面单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层（1）、中间介质板层（3）和底层金属地（4）；所述表层金属结构层（1）包括附于中间介质板层（3）上表面的第一多边形金属贴片（11）、第二多边形金属贴片（12）、第一金属导线（13）和第二金属导线（14），第一金属导线（13）与第一多边形金属贴片（11）的边框平行相接，第二金属导线（14）与第二多边形金属贴片（12）的边框平行相接，第一多边形金属贴片（11）与第二多边形金属贴片（12）上下对称放置，且通过PIN二极管（2）联接。


2.根据权利要求1所述的基本单元，其特征在于：所述基本单元的周期边长a为9-11mm；第一多边形金属贴片（11）和第二多边形金属贴片（12）的斜边与底边最短间距b均为3-5mm；第一多边形金属贴片（11）和第二多边形金属贴片（12）的斜边与底边最长间距d均为3.2-5.2mm；第一多边形金属贴片（11）和第二多边形金属贴片（12）的底边长度均为5-7mm；第一金属导线（13）和第二金属导线（14）与单元边框的距离w均为0.2-0.4mm，长度与基本单元周期边长a一致；中间介质板层（3）的厚度h为2.9-3.1mm，介电常数为2.8-3.2，损耗角正切为-0.001-0.005。


3.根据权利要求1所述的基本单元，其特征在于：所述基本单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，
申请(专利权)人：杭州灵芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33