一种高隔离度双通道超表面单元及超表面制造技术

本发明专利技术提出了一种具有高隔离度的双通道超表面单元，由驱动模块和寄生层两部分组成。其中，驱动模块包括馈电网络层、金属地、驱动贴片和两层介质板；而寄生层包括寄生贴片和一层介质板。该单元可以同时在两个通道中工作，并通过PIN管实时切换其在不同通道中的不同工作状态。本发明专利技术结合极化垂直和频带交错两个方面提高了两个通道同时工作时的隔离度，避免互相干扰。同时，本发明专利技术不仅可当作一个独立的天线使用，而且由其构成的超表面可以做到双通道的实时独立调控，极大提高了卫星通信和雷达系统的隔离度和灵活性。另外，本发明专利技术用侧馈技术代替了传统超表面常用的空馈技术，降低剖面，节约空间，便于与现有微波电路集成，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高隔离度双通道超表面单元及超表面
本专利技术涉及一种具有高隔离度的双通道超表面单元，属于通信和新型人工电磁材料领域。
技术介绍
随着通信技术的不断发展，出现了多种具有多频段、多极化和实时控制功能的微带贴片天线和相控阵技术，从而满足通信中灵活性和低成本的要求。然而，多通道工作在增大信道容量、拓宽频带的同时也出现了通道隔离不足等问题。因此，人们通过引入金属侧壁、非对称馈电、利用窄带谐振等方法，在一定程度上解决这一问题。但这些方法也存在带宽窄、体积大等问题，且都不能实时控制不同的工作频带和极化。新型人工电磁超表面的提出为解决这一问题提供了新思路，其通过排列具有有限个离散相位状态的单元即可实现波束分裂、波束扫描、成像、隐身等多种功能，并且通过引入PIN管，可对其通过编码实时调控，具有极强的灵活性，且减少了昂贵的T/R组件的大量使用，从而极大地降低了成本。然而，大部分人工电磁超表面都是由波导或喇叭天线馈电，体积较大，难以与普通射频电路集成。
技术实现思路
技术问题：为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种具有高隔离度的双通道超表面单元，可同时在两个通道中工作，采用极化垂直和频带隔离的相结合的方法提高两个通道同时工作时的隔离度。通过PIN管可在两个通道的两种工作状态间实时切换，同时寄生贴片的引入拓宽了工作频带，侧馈使其更适合现有的射频电路系统，易于集成。此外，由该单元组成的超表面可以实时独立控制两个通道，具有广阔的应用前景。技术方案：本专利技术提出一种高隔离度双通道超表面单元，该单元包括驱动模块和位于其上方的寄生层，二者通过四个塑料柱相连，驱动模块由五层结构包括，自下而上分别为：馈电网络层(1)、第一介质板、金属地(2)、第二介质板、驱动贴片(3)，寄生层由第三介质板和印制在其上的寄生贴片(4)组成，其中，寄生贴片为金属贴片，金属贴片的形状不做限定，比如可以是矩形、菱形、圆形等任意形状。所述馈电网络层位于第一介质板的下表面，金属地(2)位于第一介质板的上表面，第二介质板位于金属地上表面，驱动贴片(3)位于第二介质板的上表面。为了保证正常馈电，驱动模块底层的馈电网络层和顶层的驱动贴片通过四个金属过孔相连通，中间的第一介质板、第二介质板和金属地挖出了相应的圆孔以保证四个金属过孔能正常穿过，工作时，能量从底层馈电网络层中的微带端口馈入，沿着金属通孔到达顶端的驱动贴片，被激励的驱动贴片发出的电磁波经过空气到达寄生层，激发寄生贴片的谐振，向外传输信息。所述驱动贴片为金属贴片和四个凸起组成，四个凸起分别位于矩形四条边的中点位置，用来实现阻抗匹配，四个金属过孔的位置分别处于驱动贴片四条边的中点。同时，为了方便PIN管负极的连接，驱动贴片的中心与金属地也通过一个金属过孔相连。中间的两层介质板和金属地挖出了相应的圆孔以保证边缘的四个金属过孔和中心的一个金属过孔能正常穿过。所述馈电网络层(1)包括设置在第一介质板下表面的四组扼流结构、滤波结构、微带线；所示第一介质板上有四个过孔，上述矩形金属贴片边上的四个金属过孔穿过金属地(2)、第二介质板、金属地(2)与第一介质板上的四个过孔连通；每组中的微带线的第一端分别与第一介质板的下表面的边连接，每组中的扼流结构和滤波结构与每条微带线连接，并且每组中的微带线的第二端通过PIN二极管和第一介质板上的过孔连接，并且PIN二极管与扼流结构连通；由驱动贴片(3)、馈电网络层(1)中水平方向上的两组扼流结构、滤波结构、微带线，以及水平方向上连接第一介质板与矩形金属贴片的两个金属通孔组成第一通道；由驱动贴片(3)、馈电网络层(3)中垂直方向上两组扼流结构、滤波结构、微带线，以及垂直方向上连接第一介质板与矩形金属贴片的两个金属通孔组成第二通道。并且，所述滤波结构可以是高低阻抗线滤波结构、发卡型滤波结构、平行耦合线滤波结构、交指型滤波结构等现有的滤波结构；而且，扼流结构可以直接采用扼流圈等其它现有的扼流结构。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益技术效果：(1)本专利技术可同时在两个通道内工作，具有双频双极化特性，并且通过引入PIN管，可分别在两个通道实时切换初始相位相差180度的两种工作状态(“0”和“1”)。(2)本专利技术结合极化垂直和频带交错两个方面提高了隔离度，并在馈电网络层中引入了人工表面等离激元结构，起到了滤波作用，降低了双通道同时工作时的串扰。(3)本专利技术采用了侧馈技术，代替了超表面常用的空馈技术，降低剖面，缩小空间，便于与现有射频微波电路集成。(4)本专利技术构成的超表面具有双通道的独立调控能力，即通过编码在其中一个通道实现某种功能的同时，另一个通道的工作状态仍可通过编码实时调控，两通道间不会互相影响，极大提高了卫星通信和雷达系统的隔离度和灵活性。(5)本专利技术可通过调节几何结构参数改变通带，易于调整，可适应多种应用环境。附图说明图1是高隔离度双通道超表面单元的结构示意图，其中，图1(a)是三维视图，图1(b)是侧视图；图2是馈电网络层的结构示意图，其中，图2(a)是整体结构，图2(b)是馈电网络层中扼流结构、滤波结构、PIN管的详细视图；图3是馈电网络层中人工表面等离激元传输结构的色散曲线；图4是驱动贴片的结构示意图。图5是高隔离度双通道超表面单元的散射参数仿真(实线)和实验结果(虚线)；图6是高隔离度双通道超表面单元的远场方向图仿真(实线)和实验结果(虚线)，其中图6(a)是10.8GHz时E面的结果，图6(b)是10.8GHz时H面的结果，图6(c)是13.1GHz时E面的结果，图6(d)是13.1GHz时H面的结果；图7是由高隔离度双通道超表面单元组成的6*6超表面的双通道仿真三维方向图，其中，图7(a-b)是编码全部为0A0B的结果，图7(c-d)是0A0B和0A1B交替编码的结果，图7(e-f)是0A0B和1A0B交替编码的结果，图7(g-h)是0A0B和1A1B交替编码的结果。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细的说明。本专利技术由驱动模块和位于其上方的寄生层构成，二者通过绝缘柱相连，绝缘柱的高度可以根据实际需要设置，寄生层由一层介质板和印制在其上的寄生贴片组成，寄生贴片为金属贴片。本专利技术可以同时在双通道工作，且每个通道内的两种工作状态可以实时切换。本专利技术提出的一种高隔离度双通道超表面单元的具体结构如图1所示，其中图1(a)是三维视图，图1(b)是侧视图。该单元下半部分为驱动模块，上半部分为寄生层，中间的留白是被四个塑料柱撑出的2mm空间。此处四个塑料柱仅仅为示例而言，可以是其它任意绝缘柱，并且绝缘柱的个数不做限制。驱动模块由五层结构组成，自下而上分别为：馈电网络层、厚度为0.508mm的高频微波介质板、金属地、厚度为0.508mm的高频微波介质板和驱动贴片。其中，位于馈电网络层的详细结构如图2(a)所示。为了更清晰地说明馈电网络层的设计，图2(b)详本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高隔离度的双通道超表面单元，其特征在于，该单元包括驱动模块和寄生层，所述驱动模块和寄生层通过绝缘柱相连；所述驱动模块包括馈电网络层(1)、第一介质板、金属地(2)、第二介质板、驱动贴片(3)五层结构，上述五层结构依次叠加，所述寄生层包括第三介质板和位于第三介质板上表面的金属贴片；/n所述驱动贴片包括矩形金属贴片和四个凸起金属块，四个凸起金属块分别位于矩形金属贴片的四条边的中点上，并且所述矩形金属贴片中心与金属地(2)中心通过过孔连通；/n所述馈电网络层(1)设置在第一介质板下表面上，其包括四组扼流结构、滤波结构、微带线；所述第一介质板上有四个过孔，上述矩形金属贴片边上的四个金属过孔穿过第二介质板、金属地(2)与第一介质板上的四个过孔连通；/n每组中的微带线的第一端分别与第一介质板的下表面的边连接，每组中的扼流结构和滤波结构与每条微带线连接，并且每组中的微带线的第二端通过PIN二极管和第一介质板上的过孔连接，并且PIN二极管与扼流结构连通；由驱动贴片(3)、馈电网络层(1)中水平方向上的两组扼流结构、滤波结构、微带线，以及水平方向上连接第一介质板与矩形金属贴片的两个金属通孔组成第一通道；由驱动贴片(3)、馈电网络层(3)中垂直方向上两组扼流结构、滤波结构、微带线，以及垂直方向上连接第一介质板与矩形金属贴片的两个金属通孔组成第二通道。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有高隔离度的双通道超表面单元，其特征在于，该单元包括驱动模块和寄生层，所述驱动模块和寄生层通过绝缘柱相连；所述驱动模块包括馈电网络层(1)、第一介质板、金属地(2)、第二介质板、驱动贴片(3)五层结构，上述五层结构依次叠加，所述寄生层包括第三介质板和位于第三介质板上表面的金属贴片；
所述驱动贴片包括矩形金属贴片和四个凸起金属块，四个凸起金属块分别位于矩形金属贴片的四条边的中点上，并且所述矩形金属贴片中心与金属地(2)中心通过过孔连通；
所述馈电网络层(1)设置在第一介质板下表面上，其包括四组扼流结构、滤波结构、微带线；所述第一介质板上有四个过孔，上述矩形金属贴片边上的四个金属过孔穿过第二介质板、金属地(2)与第一介质板上的四个过孔连通；
每组中的微带线的第一端分别与第一介质板的下表面的边连接，每组中的扼流结构和滤波结构与每条微带线连接，并且每组中的微带线的第二端通过PIN二极管和第一介质板上的过孔连接，并且PIN二极管与扼流结构连通；由驱动贴片(3)、馈电网络层(1)中水平方向上的两组扼流结构、滤波结构、微带线，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗龙，周小阳，崔铁军，
申请(专利权)人：江苏赛博空间科学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32