一种3bit双极化相位可调的可重构智能超表面制造技术

本发明专利技术涉及一种3bit双极化相位可调的可重构智能超表面，属于新型人工电磁材料领域。该超表面包括：多个3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元；可重构智能超表面单元为四层结构；第一层包含4个关于中心对称的Y形金属贴片和扇形金属贴片，Y形金属贴片和扇形金属贴片之间使用变容管相连接；第二层为沿x轴方向的馈电层；第三层为沿y轴方向的馈电层；第四层为金属接地层；每个扇形金属贴片的中心通过金属过孔贯穿第二层、第三层以及第四层；通过改变正交极化方向上变容管的两侧电压值，使得3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元在两个正交极化方向上独立实现双极化3比特相位调制，进而在正交极化方向上实现解耦。本发明专利技术能够调制双极化相位。明能够调制双极化相位。明能够调制双极化相位。

【技术实现步骤摘要】
一种3bit双极化相位可调的可重构智能超表面


[0001]本专利技术涉及新型人工电磁材料领域，特别是涉及一种3bit双极化相位可调的可重构智能超表面。

技术介绍

[0002]当今时代，无线通信
随着信息技术和科学技术的不断发展，其目前的网络传输速率已不满足其应用需求。万物互联的时代已经来临，但日益增加的能源消耗、集成复杂的网络、较高硬件成本的花费逐渐成为未来无线通信所要面临的关键问题。如较密集组网中的大量基站增加了硬件花费和维护成本，且还需面对网络干扰问题。频谱从sub
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6G到毫米波、太赫兹的延拓对昂贵的耗能硬件和复杂的信息处理要求越来越高。为了解决未来无线网络问题，创新性、高效率、频谱资源的节约研究势在必行。在当前的相关技术中，可重构智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface，RIS）具有独特的可编程、低成本、较易编程等特点成为重点关注技术。
[0003]RIS是由超材料技术发展而来，是一种可实时编程调控电磁特性的人工表面结构。近年来电磁特性实时可编程的特点已成为RIS技术迅速发展的关键助力，从而实现传统超材料无法实现的各种功能和现象。一般而言，RIS由精密设计的许多电磁单元排列组合而成，通过调节加载在单元上的可调元件，如PIN管、三极管、MEMS、石墨烯、温敏器件、光敏器件等其它的有源超材料，可以动态实时调控RIS单元电磁特性，如幅度、相位、极化、频率等参数可调，从而可以用实时可编程方式对空间电磁波进行主动的智能控制。
[0004]众所周知，无线环境是传统通信中不可控因素，一般会降低通信效率和服务质量。无线信号的传播距离受信号衰减程度限制，多径效应导致衰落现象，一些较大物体的反射和折射占有主要不可控因素。在无线传输环境中，将RIS超表面部署在各类目标物体的表面，成为突破传统无线信道不可控性的重要方案，构建智能可实时编程的无线环境，引入未来无线通信的新范式。RIS发展研发丰富了信道散射条件、增强无线通信系统的复用增益、实现信号传播方向的调控、增大接收信号强度和改善通信设备之间的传输性能。未来无线网络的覆盖增强和容量的提升、消除局域覆盖空洞、虚拟视距链路、解决各地区同频干扰等都可以使用RIS技术解决。此外，RIS还具有电磁波的吸收、反射、透射和散射等能力，可以根据实际所需无线功能对无线信号实时可调，降低通信期间通信网络可能出现的安全问题、减小电磁污染，甚至还可以实现基带信息直接调制射频载波，构建新体制阵列式发射机架构。然而现如今的一些超表面大多是静态双极化，可调单极化，无法调制双极化相位，这很大程度限制了超表面的多功能性以及在超快切换、扫描系统和多任务信息处理中的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种3bit双极化相位可调的可重构智能超表面，通过控制变容管的两侧电压值可以在x、y轴两个方向上实现独立的3比特（bit）调相。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
一种3bit双极化相位可调的可重构智能超表面，包括：多个3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元；所述3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元为四层结构；第一层包含4个关于中心对称的Y形金属贴片和扇形金属贴片，一个所述Y形金属贴片和一个所述扇形金属贴片之间使用变容管相连接；所述变容管两两对应且在同一条直线上，以所述第一层的中心为原点，将每对所述变容管的连接方向设定为直角坐标系，其中，以平行于所述3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元的边的连接方向作为x轴，以垂直于所述x轴的连接方向作为y轴；第二层为沿x轴方向的馈电层；第三层为沿y轴方向的馈电层；第四层为金属接地层；每个所述扇形金属贴片的中心通过金属过孔贯穿所述沿x轴方向的馈电层、所述沿y轴方向的馈电层以及所述金属接地层；通过改变正交极化方向上所述变容管的两侧电压值，使得所述3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元在两个正交极化方向上独立实现双极化3比特相位调制，进而在正交极化方向上实现解耦。
[0007]可选的，所述Y形金属贴片分布于第一层边缘位置，所述扇形金属贴片分布于所述第一层中心位置；所述Y形金属贴片的上半部分为沿所述3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元的对角线分割形成的外八边形金属贴片，所述Y形金属贴片的下半部分为矩形金属贴片；所述扇形金属贴片为切割正交方向上的四个角和沿所述对角线分割形成的内八边形；内外嵌套的八边形金属图案结构为电可调编码单元。
[0008]可选的，x轴方向和y轴方向上加载的每对变容管通过两路直流偏压控制3比特调相，以分别独立控制所述电可调编码单元在x极化和y极化垂直入射电磁波照射下的3比特调相所需的反射相位差，分别映射为数字态0至7八个数字；每个所述电可调编码单元在频点处都具有四种数字态0/0、0/1、1/0和1/1，其中，斜杠前表示所述电可调编码单元在x极化入射波照射下的数字态，斜杠后表示所述电可调编码单元在y极化入射波照射下的数字态。
[0009]可选的，所述沿x轴方向的馈电层为沿x轴方向的八边形金属馈电层，八边形金属中的四条边与坐标轴平行；在所述第二层中，沿x轴方向和y轴方向各有一对长度不同的矩形金属偏压线；沿x轴方向的矩形金属偏压线调控x轴方向上变容管的容值，以完成对x极化电磁波反射相位的独立控制；沿y轴方向的矩形金属偏压线减弱偏置网络的不对称性。
[0010]可选的，所述沿y轴方向的馈电层为沿y轴方向的八边形金属馈电层，八边形金属中的四条边与坐标轴平行；在所述第三层中，沿x轴方向和y轴方向各有一对长度不同的矩形金属偏压线；沿y轴方向的矩形金属偏压线调控y轴方向上变容管的容值，以完成对y极化电磁波反射相位的
独立控制；沿x轴方向的矩形金属偏压线减弱偏置网络的不对称性。
[0011]可选的，所述第四层为方形金属接地层，方形金属的四条边与所述3bit双极化相位可调的可重构智能超表面的边长相同。
[0012]可选的，4个所述金属过孔位于所述直角坐标系上；其中，x轴方向上的所述金属过孔与所述沿x轴方向的八边形金属馈电层相连接，但不与所述沿y轴方向的八边形金属馈电层相连接；y轴方向上的所述金属过孔与所述沿y轴方向的八边形金属馈电层相连接，但不与所述沿x轴方向的八边形金属馈电层相连接。
[0013]可选的，所述第一层以及所述第三层的介质层采用相对介电常数为2.65，损耗角正切为0.001的聚四氟乙烯。
[0014]可选的，所述第二层的介质层采用相对介电常数为3.7，损耗角正切为0.004的介质基板。
[0015]可选的，所述金属接地层以及所述金属过孔的材质为金属铜。
[0016]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：本专利技术提供了一种3bit双极化相位可调的可重构智能超表面，包括多个3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元，每个3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元上分别沿x、y轴两个方向上集成了一对变容管，通过控制变容管的两侧电压值可以在x、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3bit双极化相位可调的可重构智能超表面，其特征在于，包括：多个3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元；所述3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元为四层结构；第一层包含4个关于中心对称的Y形金属贴片和扇形金属贴片，一个所述Y形金属贴片和一个所述扇形金属贴片之间使用变容管相连接；所述变容管两两对应且在同一条直线上，以所述第一层的中心为原点，将每对所述变容管的连接方向设定为直角坐标系，其中，以平行于所述3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元的边的连接方向作为x轴，以垂直于所述x轴的连接方向作为y轴；第二层为沿x轴方向的馈电层；第三层为沿y轴方向的馈电层；第四层为金属接地层；每个所述扇形金属贴片的中心通过金属过孔贯穿所述沿x轴方向的馈电层、所述沿y轴方向的馈电层以及所述金属接地层；通过改变正交极化方向上所述变容管的两侧电压值，使得所述3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元在两个正交极化方向上独立实现双极化3比特相位调制，进而在正交极化方向上实现解耦。2.根据权利要求1所述的3bit双极化相位可调的可重构智能超表面，其特征在于，所述Y形金属贴片分布于第一层边缘位置，所述扇形金属贴片分布于所述第一层中心位置；所述Y形金属贴片的上半部分为沿所述3bit双极化相位可调的可重构智能超表面单元的对角线分割形成的外八边形金属贴片，所述Y形金属贴片的下半部分为矩形金属贴片；所述扇形金属贴片为切割正交方向上的四个角和沿所述对角线分割形成的内八边形；内外嵌套的八边形金属图案结构为电可调编码单元。3.根据权利要求2所述的3bit双极化相位可调的可重构智能超表面，其特征在于，x轴方向和y轴方向上加载的每对变容管通过两路直流偏压控制3比特调相，以分别独立控制所述电可调编码单元在x极化和y极化垂直入射电磁波照射下的3比特调相所需的反射相位差，分别映射为数字态0至7八个数字；每个所述电可调编码单元在频点处都具有四种数字态0/0、0/1、1/0和1/1，其中，斜杠前表示所述电可调编码单元在x极化入射波照射下的数字态，斜杠后表示所述电可调编码单元在y极化入射波照射下的数字态。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志祥，韩俊杰，程光尚，钱思贤，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：