一种非互易性超表面装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种非互易性超表面装置，包含超表面单元；每个所述超表面单元由辐射贴片、介质基板和金属背板三层结构组成，所述辐射贴片在所述介质基板的顶面，所述金属背板在所述介质基板的底面；所述超表面单元，用于在前向频率转换和后向频率转换时，根据时变调制信号相位值，分别加载不同的单元相位值，实现波束指向的非互易性。波束指向的非互易性。波束指向的非互易性。

A nonreciprocal hypersurface device

【技术实现步骤摘要】
一种非互易性超表面装置


[0001]本技术涉及超表面
，尤其涉及一种非互易性超表面装置。

技术介绍

[0002]超表面是一种二维形式的人工电磁超材料，由亚波长尺寸的单元周期或者非周期性的排列。超表面具有超常规的物理性质，可以实现自然界天然材料无法实现的新奇电磁特性。超表面通过利用在单元表面上产生的相位突变特性可以调控电磁波的传输。传统的电磁非互易性器件，常依赖于铁氧体等磁性材料来打破时间反演对称性，实现电磁波非互易性传输，例如隔离器是一种常见的非互易性器件，其正反两个方向传输时损耗值差别大，信号只能定向传输，然而磁性材料无法与集成电路加工工艺兼容，存在难以集成化的难题。

技术实现思路

[0003]本技术提供非互易性超表面装置，解决装置和方法难以集成化的问题。
[0004]为解决上述问题，本技术是这样实现的：
[0005]技术实施例提供一种非互易性超表面装置，包含超表面单元；每个所述超表面单元由辐射贴片、介质基板和金属背板三层结构组成，所述辐射贴片在所述介质基板的顶面，所述金属背板在所述介质基板的底面；所述超表面单元，用于在前向频率转换和后向频率转换时，根据时变调制信号相位值，分别加载不同的单元相位值，实现波束指向的非互易性。
[0006]所述前向频率转换是第一频率转换为第二频率，所述后向频率转换是第二频率转换为第一频率，所述时变调制信号为正弦信号，所述时变调制信号的频率为所述第一频率与第二频率的频差。
[0007]进一步地，所述金属背板内包含一个馈电电路，所述馈电电路包含：一分二功分网络，第一、第二金属化通孔，时变调制信号馈入端口，第一、第二电感，第一、第二电容，第一、第二变容二极管；所述第一、第二金属化通孔，用于将所述一分二功分网络的两个末端与所述辐射贴片的边缘连接；所述时变调制信号馈入端口位于所述一分二功分网络的输入端，所述时变调制信号经所述时变调制信号馈入端口进入所述一分二功分网络。
[0008]在进行前向频率转换时，第一入射信号经所述第一金属化通孔、第一电感至所述第一变容二极管处，与所述时变调制信号混频后经所述第一电容隔绝低频信号，再经所述第二电容、第二变容二极管和第二电感至第二金属化通孔，输出第一出射信号。
[0009]在进行后向频率转换时，第二入射信号经所述第二金属化通孔、第二电容至所述第二变容二极管处，与所述时变调制信号混频后经所述第二电感隔绝高频信号，再经所述第一电容、第一变容二极管、第一电感至所述第一金属化通孔，输出第二出射信号。
[0010]所述第一入射信号和第二出射信号的频率均为所述第一频率，所述第一出射信号和第二入射信号的频率均为第二频率。
[0011]进一步地，所述非互易性超表面装置由所述超表面单元按矩形排列方式均匀排列
而成。
[0012]进一步地，所述超表面单元的尺寸与单元数通过超表面工作频率和预设的第一出射信号的指向角度确定，所述第一出射信号为在进行前向频率转换时的出射信号。
[0013]优选地，所述超表面单元采用正方形铜辐射贴片和铜金属背板。
[0014]优选地，所述时变调制信号的频率为40MHz，所述超表面工作频率为2.5GHz，所述介质基板使用Rogers 5880材料，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，厚度为1.575毫米。
[0015]优选地，所述超表面单元的单元相位值由如下公式1确定。
[0016]优选地，所述正方形铜辐射贴片的边长为45mm。
[0017]本技术有益效果包括：第一、不依赖于铁氧体等磁性材料，采用时变调制信号的方法实现了可集成化的非互易性超表面，具有可集成化的优势。第二、引入非互易性后，进一步丰富了非互易性超表面的新奇功能，所专利技术的非互易性超表面是一种多功能器件。第三、仅需通过控制低频时变调制信号的相位，便可以调控超表面反射电磁波的空间相位分布，从而实现非互易性的空间域波束指向，具有灵活易操作的效果。
附图说明
[0018]图1(a)为一种非互易性超表面装置实施例的超表面装置示意图；
[0019]图1(b)为一种非互易性超表面装置实施例的超表面单元示意图；
[0020]图1(c)为一种非互易性超表面装置实施例的馈电电路正面示意图；
[0021]图1(d)为一种非互易性超表面装置实施例的馈电电路背面示意图；
[0022]图2为超表面单元的单元相位值与时变调制信号相位关系曲线实施例；
[0023]图3为非互易性超表面装置结构实施例；
[0024]图4为空域波束非互易性指向实施例；
[0025]图5(a)为超表面单元相位分布与空域波束指向实施例的前向频率转换分布图；
[0026]图5(b)为超表面单元相位分布与空域波束指向实施例的后向频率转换分布图；
[0027]图6为非互易性超表面控制方法流程实施例。
具体实施方式
[0028]电磁非互易性是指电磁波沿着相反的两个方向传输时，具有不同的损耗或者相移。近年来，采用时变调制信号的方法被证明可以打破时间反演对称性实现非互易性，其不依赖于磁性材料，具有可以集成化的优势。因此，基于时变调制信号的方法来实现可集成化的非互易性超表面，将进一步增强和丰富超表面的功能，拓宽超表面的应用范围，应用前景广阔。
[0029]本申请的创新点在于：区别于现有的铁氧体等磁性材料，本申请通过超表面材料设计实现空域波束指向非互异性，具有集成度高的优势；另外，本申请通过设计改变时变调制信号的相位值可调节出射信号的波束指向，波束指向具有更高的灵活性。
[0030]以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
[0031]图1(a)为一种非互易性超表面装置实施例的超表面装置示意图，图1(b)为一种非互易性超表面装置实施例的超表面单元示意图，图1(c)为一种非互易性超表面装置实施例的馈电电路正面示意图，图1(d)为一种非互易性超表面装置实施例的馈电电路背面示意
图。
[0032]在本申请实施例中，一种非互易性超表面装置1，包含：多个相同的超表面单元2，每个所述超表面单元由辐射贴片11、介质基板12和金属背板13三层结构组成，所述金属背板内包含一个馈电电路14。
[0033]在本申请实施例中，所述辐射贴片在所述介质基板的顶面，所述金属背板在所述介质基板的底面；所述超表面单元，用于在前向频率转换和后向频率转换时，根据时变调制信号相位值，分别加载不同的单元相位值，实现波束指向的非互易性。
[0034]需要说明的是，所述前向频率转换是第一频率转换为第二频率，所述后向频率转换是第二频率转换为第一频率，所述时变调制信号为正弦信号，所述时变调制信号的频率为所述第一频率与第二频率的频差。
[0035]在本申请实施例中，所述非互易性超表面装置用于实现前向和后向波束反射，前向波束反射是指第一入射信号以第一入射俯仰角照射所述装置，经反射后形成出射角为第一出射俯仰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非互易性超表面装置，其特征在于，包含超表面单元；每个所述超表面单元由辐射贴片、介质基板和金属背板三层结构组成，所述辐射贴片在所述介质基板的顶面，所述金属背板在所述介质基板的底面；所述超表面单元，用于在前向频率转换和后向频率转换时，根据时变调制信号相位值，分别加载不同的单元相位值，实现波束指向的非互易性；所述前向频率转换是第一频率转换为第二频率，所述后向频率转换是第二频率转换为第一频率，所述时变调制信号为正弦信号，所述时变调制信号的频率为所述第一频率与第二频率的频差。2.如权利要求1所述的非互易性超表面装置，其特征在于，所述金属背板内包含一个馈电电路，所述馈电电路包含：一分二功分网络，第一、第二金属化通孔，时变调制信号馈入端口，第一、第二电感，第一、第二电容，第一、第二变容二极管；所述第一、第二金属化通孔，用于将所述一分二功分网络的两个末端与所述辐射贴片的边缘连接；所述时变调制信号馈入端口位于所述一分二功分网络的输入端，所述时变调制信号经所述时变调制信号馈入端口进入所述一分二功分网络；在进行前向频率转换时，第一入射...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧家伟，王守源，潘娟，孟梦，安少赓，
申请(专利权)人：中国信息通信研究院，
类型：新型
国别省市：