基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器，属于人工电磁超构材料领域，n

【技术实现步骤摘要】
基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器


[0001]本专利技术涉及人工电磁超构材料领域，特别是涉及一种基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器。

技术介绍

[0002]极化作为电磁波的基本特性之一，其有效调控在科学研究与工程应用等诸多领域中至关重要。近年来，超构表面由于其低剖面、低成本、易加工等优势已被广泛用于调控电磁波的极化特性。为了适应日益复杂的应用环境和日益增加的应用需求，通过加载变容管、开关二极管等有源器件的方式，集成多个不同电磁功能的可重构超构表面的概念被提出。通过切换有源器件的工作状态，即可切换超构表面的电磁功能。因此利用同一个可重构超构表面装置即可将同一入射电磁波转换为多种不同极化的出射波。
[0003]然而目前已报道的基于超构表面的可重构转极化装置大部分为反射型，且其极化调控功能往往局限于圆极化、线极化等特殊极化。然而圆极化和线极化只占据所有极化状态中的极小一部分，这将制约该转极化装置在非特殊极化场景中的应用。
[0004]因此，为了适应于极化雷达、极化成像和基于极化调制的无线通信系统等需要多种极化散射信息的应用场景，亟需探索一种可将任意极化入射电磁波转换为任意极化透射波的设计方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器，以将任意极化入射电磁波转换为任意极化透射波。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器，包括：n
×
n个超构表面单元和两个外部控制电路；
[0008]n
×
n个超构表面单元在二维平面内阵列排布；
[0009]所述超构表面单元包括自上而下间隔设置的第一金属贴片层、第二金属贴片层、第三金属贴片层和第四金属贴片层；
[0010]所述第一金属贴片层包括一对正交的第一谐振结构，所述第一谐振结构中等效为偶极子的矩形金属贴片被截断为中间贴片和两个长度相等的侧边贴片；中间贴片和一个侧边贴片之间连接一个开关二极管，中间贴片和另一个侧边贴片之间连接一个开关二极管；所述正交为x极化方向和y极化方向的正交；
[0011]所述第四金属贴片层包括一对正交的第二谐振结构，所述第二谐振结构中等效为偶极子的矩形金属贴片被截断为两段长度不等的金属贴片；长度较长的金属贴片分别与第三金属贴片层和同方向设置的中间贴片连接；
[0012]所有超构表面单元中沿x极化方向设置的侧边贴片均通过第二金属贴片层与一个外部控制电路连接，所有超构表面单元中沿y极化方向设置的侧边贴片均通过第二金属贴
片层与另一个外部控制电路连接；第一金属贴片层用于接收入射电磁波，第三金属贴片用于作为公共电极；外部控制电路用于通过第二金属贴片层为第一谐振结构中的两个开关二极管周期性地提供偏置电压，改变超构表面单元的各向异性，在基波和谐波频点上将任意极化入射电磁波转换为任意极化出射电磁波，并通过第四金属贴片层辐射出去。
[0013]可选的，所述第一谐振结构包括：第一矩形金属贴片、第二矩形金属贴片和两个开关二极管；
[0014]第一矩形金属贴片和第二矩形金属贴片平行设置；第一矩形金属贴片的长度大于第二矩形金属贴片的长度；
[0015]第一矩形金属贴片等效为偶极子，第二矩形金属贴片等效为寄生带通结构；
[0016]第一矩形金属贴片被截断为中间贴片和两个长度相等的侧边贴片；中间贴片的相对两侧分别与一个开关二极管的阳极和另一个开关二极管的阴极连接，一个开关二极管的阳极与一个侧边贴片连接，另一个开关二极管的阴极与另一个侧边贴片连接；两个侧边贴片均与第二金属贴片层连接。
[0017]可选的，所述外部控制电路为现场可编程门阵列、可编程任意波形发生器或单片机，输出0V或3.3V的偏置电压；
[0018]当外部控制电路输出0V的偏置电压时，第一谐振结构中的一个开关二极管导通，使得超构表面单元的透射相位为0
°
；
[0019]当外部控制电路输出3.3V的偏置电压时，第一谐振结构中的另一个开关二极管导通，使得超构表面单元的透射相位为180
°
。
[0020]可选的，所述第二金属贴片层包括：两个偏置电压加载组件；
[0021]一个偏置电压加载组件分别与一个外部控制电路和沿x极化方向设置的第一谐振结构中的两个侧边贴片连接，另一个偏置电压加载组件分别与另一个外部控制电路和沿y极化方向设置的第一谐振结构中的两个侧边贴片连接。
[0022]可选的，所述偏置电压加载组件包括：窄带线、两个四分之一波长变换器和两个扇形枝节贴片；
[0023]第一谐振结构中的一个侧边贴片、一个四分之一波长变换器和一个扇形枝节贴片依次连接；
[0024]第一谐振结构中的另一个侧边贴片、另一个四分之一波长变换器、另一个扇形枝节贴片和窄带线的一端依次连接，窄带线的另一端与外部控制电路连接。
[0025]可选的，第一金属贴片层中的侧边贴片通过第一金属过孔与第二金属贴片层相连；
[0026]第一金属贴片层中的中间贴片通过第二金属过孔与同极化方向的第四金属贴片层中长度较长的金属贴片连接；
[0027]第三金属贴片层通过第三金属过孔与第四金属贴片层中长度较长的金属贴片连接。
[0028]可选的，所述第三金属贴片层为去除两块圆形区域的方形金属贴片；
[0029]两个第二金属过孔分别一一对应地穿过两块圆形区域，金属过孔不与第三金属贴片层接触。
[0030]可选的，所述超构表面单元还包括：第一介质层、半固化片层和第二介质层；
[0031]第一金属贴片层、第一介质层、第二金属贴片层、半固化片层、第三金属贴片层、第二介质层和第四金属贴片层自上而下依次连接设置。
[0032]可选的，所述超构表面单元为透射型各向异性单元。
[0033]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0034]本专利技术公开一种基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器，n
×
n个超构表面单元在二维平面内阵列排布，每个超构表面单元共集成四个开关二极管，其中处于同一极化方向的两个开关二极管通过金属贴片两两相连，同一极化方向的两个开关二极管由同一外部控制电路控制，不同极化的开关二极管由不同外部控制电路独立控制，通过独立地和周期性地切换开关二极管上的偏置电压，可有效地调控超构表面的等效透射系数，从而在基波和谐波频点上将任意极化入射波转换为任意极化出射波。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本专利技术实施例提供的基于时间编本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器，其特征在于，包括：n
×
n个超构表面单元和两个外部控制电路；n
×
n个超构表面单元在二维平面内阵列排布；所述超构表面单元包括自上而下间隔设置的第一金属贴片层、第二金属贴片层、第三金属贴片层和第四金属贴片层；所述第一金属贴片层包括一对正交的第一谐振结构，所述第一谐振结构中等效为偶极子的矩形金属贴片被截断为中间贴片和两个长度相等的侧边贴片；中间贴片和一个侧边贴片之间连接一个开关二极管，中间贴片和另一个侧边贴片之间连接一个开关二极管；所述正交为x极化方向和y极化方向的正交；所述第四金属贴片层包括一对正交的第二谐振结构，所述第二谐振结构中等效为偶极子的矩形金属贴片被截断为两段长度不等的金属贴片；长度较长的金属贴片分别与第三金属贴片层和同方向设置的中间贴片连接；所有超构表面单元中沿x极化方向设置的侧边贴片均通过第二金属贴片层与一个外部控制电路连接，所有超构表面单元中沿y极化方向设置的侧边贴片均通过第二金属贴片层与另一个外部控制电路连接；第一金属贴片层用于接收入射电磁波，第三金属贴片用于作为公共电极；外部控制电路用于通过第二金属贴片层为第一谐振结构中的两个开关二极管周期性地提供偏置电压，改变超构表面单元的各向异性，在基波和谐波频点上将任意极化入射电磁波转换为任意极化出射电磁波，并通过第四金属贴片层辐射出去。2.根据权利要求1所述的基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器，其特征在于，所述第一谐振结构包括：第一矩形金属贴片、第二矩形金属贴片和两个开关二极管；第一矩形金属贴片和第二矩形金属贴片平行设置；第一矩形金属贴片的长度大于第二矩形金属贴片的长度；第一矩形金属贴片等效为偶极子，第二矩形金属贴片等效为寄生带通结构；第一矩形金属贴片被截断为中间贴片和两个长度相等的侧边贴片；中间贴片的相对两侧分别与一个开关二极管的阳极和另一个开关二极管的阴极连接，一个开关二极管的阳极与一个侧边贴片连接，另一个开关二极管的阴极与另一个侧边贴片连接；两个侧边贴片均与第二金属贴片层连接。3.根据权利要求1或2所述的基于时间编码透射型双极化超构表面的任意极化转换器，其特征在于，所述外部控制电路为现场可编程门阵列、可编程任意波形发生器或单片机，输出0V...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯一军，胡琪，陈克，赵健民，姜田，赵俊明，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：