一种透射型数字可编码超材料结构制造技术

本新型属于新型人工电磁材料技术领域，具体涉及一种透射型数字可编码超材料结构。由超材料结构单元周期立体排布组成，超材料结构单元包括金属结构层、介质基板层和PIN二极管，所述金属结构层设置于介质基板层的上表面，所述金属结构层包括横金属体和竖金属体，所述竖金属体垂直设置于横金属体之间，且等间距排列，所述竖金属体等分为上、下两部分，所述PIN二极管设置于竖金属体的上、下两部分中间。解决了现有技术中透射波有源相位调控效率不高，调控精度不足等问题，具有简单的拓扑结构，便于批量加工和集成化。该超材料结构具有高效率和实时性的优点，在天线和通信领域具有巨大的应用潜力。潜力。潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种透射型数字可编码超材料结构


[0001]本新型属于新型人工电磁材料
，具体涉及一种透射型数字可编码超材料结构。

技术介绍

[0002]随着无线通信系统的迅速发展，对电磁波的控制受到了广泛的关注。通过控制反射或透射波的振幅、相位和极化，超材料在操纵电磁波方面表现出了卓越的性能。由于超材料产生相位不连续的独特特性，通过对不连续表面相位剖面的精细设计，可以实现对电磁波的任意波前处理。从而实现了表面电磁波的负折射、负反射、极化转换和耦合等新的物理效应。此外，各种超材料器件或系统实现了多种用途，如平面透镜、光束控制器、吸收器、隐身、全息器件、成像仪等。然而，超材料一旦制造出，其功能是固定的，工作模式是被动的，这阻碍了可调和可重构功能的实现。
[0003]目前，通过添加有源电子器件(如PIN二极管、变容二极管和MEMS开关)或特定特性(如石墨烯、液晶和等离子体)的材料可以实现可重构功能。可重构特性的增加也有助于对电磁波进行更灵活和实时的调制。例如，通过控制电子状态得到的两个反射相位响应分别对应两个基本编码位“0”和“1”。电磁辐射或散射场可由超表面的离散数字编码来控制。利用现场可编程门阵列(FPGA)硬件，对超表面进行不同编码序列的动态编程，实现对电磁波的主动实时控制和各种功能的切换。由于对电磁波的出色处理，数字编码和可编程超表面在过去的几年中得到了广泛的研究。
[0004]然而，目前透射型的可编程超材料设计大多为多层设计，结构复杂，操作难度大。除此之外，由于多层结构，往往损耗较大，透射效率不高。因此，高效的透射型编码和可编程超材料至今仍是难以实现的。

技术实现思路

[0005]本技术提供了一种透射型数字可编码超材料结构，解决了现有技术中透射波有源相位调控效率不高，调控精度不足等问题，具有简单的拓扑结构，便于批量加工和集成化。该超材料结构具有高效率和实时性的优点，在天线和通信领域具有巨大的应用潜力。
[0006]为了实现上述的技术效果，本技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种透射型数字可编码超材料结构，由超材料结构单元周期立体排布组成，超材料结构单元包括金属结构层、介质基板层和PIN二极管，所述金属结构层设置于介质基板层的上表面，所述金属结构层包括横金属体和竖金属体，所述竖金属体垂直设置于横金属体之间，且等间距排列，所述竖金属体等分为上、下两部分，所述PIN二极管设置于竖金属体的上、下两部分中间。
[0008]优选的，所述横金属体的长度为18.6mm，相邻两个横金属体外边沿之间的宽度为6mm，相邻两个竖金属体内边沿之间距离为2.4mm，竖金属体本身的宽度为0.6mm，竖金属体102上、下两部分之间的距离为 0.45mm。
[0009]优选的，所述介质基板层的材质为复合材料聚四氟乙烯，厚度为2mm。
[0010]优选的，所述金属结构层1的材质为金属铜，厚度为0.017mm。
[0011]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0012]1)本新型透射型数字可编码超材料结构，采用类鱼骨结构和PIN二极管结合的方式，在微波频段实现高效率透射波的相位调控。
[0013]2)本新型采用单元周期立体排布的方法，与以往的平面结构相比，对透射波的损耗更小，透射率更高；
[0014]3)本新型利用简单的拓扑结构在实现微波透射波的高效透射条件下的相位有源调控，便于集成化和批量化生产。
附图说明
[0015]附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。
[0016]在附图中：
[0017]图1为本技术超材料单元结构的结构示意图；
[0018]图2为本技术超材料单元结构的主视图；
[0019]图3为本技术中PIN二极管在两种状态下的透射波的透射系数和透射相位响应；
[0020]图4为本技术不同编码状态下透射波波束产生功能示意图；
[0021]图5为本技术不同编码状态下透射波双波束扫角功能示意图；
[0022]图6为本技术超材料结构的模型示意图；
[0023]其中：1.金属结构层，101.横金属体，102.竖金属体，2.介质基板层， 3.PIN二极管。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。
[0025]实施例：
[0026]参照附图1
‑
6，一种透射型数字可编码超材料结构，由超材料结构单元周期立体排布组成，超材料结构单元包括金属结构层1、介质基板层2 和PIN二极管3，所述金属结构层1刻蚀于介质基板层2的上表面，所述金属结构层1包括横金属体101和竖金属体102，所述横金属体101等间距排列，所述竖金属体102垂直设置于横金属体101之间，且等间距设置，所述竖金属体102等分为上、下两部分，所述PIN二极管3设置于竖金属体102的上、下两部分中间，根据不用的编码需求加载不同的电压，进而实现微波频段的透射波相位的有源调控。
[0027]所述横金属体101的长度为a＝18.6mm，相邻两个横金属体101外边沿之间的宽度为b＝6mm，相邻两个竖金属体102内边沿之间距离为 s＝2.4mm，竖金属体102本身的宽度为c＝0.6mm，竖金属体102上、下两部分之间的距离为g＝0.45mm。
[0028]所述介质基板层2的材质为复合材料聚四氟乙烯，厚度为2mm，相对介电常数2.65，介电损耗角为0.001。
[0029]所述金属结构层1的材质为金属铜，厚度为0.017mm，所述金属铜的电导率为5.8
×
107S/m。
[0030]所述PIN二极管3采用的型号为BAP70
‑
02，通过焊接技术加载于相邻两个竖金属体102内边沿之间。PIN二极管3的等效电路是一个RLC串联电路，其寄生电容C
s
＝0.25pF，寄生电感L
s
＝0.6nH和可变电阻R
ON
＝4.2Ω，R
OFF
＝50000Ω。
[0031]应理解，上述结构的尺寸和材质只是本新型实施例的一种，具体选择根据实际情况确定，本新型对此不做限制。
[0032]本实施例原理和使用流程：
[0033]在+z方向x偏振电磁波入射下，PIN二极管3在不同偏置状态下的透射系数和透射相位的仿真结果如图3(a)和(b)所示。显然，当PIN二极管处于“ON”态和“OFF”态时，在10.2～13.1GHz范围内，传输振幅均在0.9以上。并且在这两种状态下，发射波的相位差大约为180
°
。将这两种状态的超结构单元编码为“0”和“1”状态，形成一对1bit数字代码。
[0034]图4和图5对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透射型数字可编码超材料结构，其特征在于：由超材料结构单元周期立体排布组成，超材料结构单元包括金属结构层(1)、介质基板层(2)和PIN二极管(3)，所述金属结构层(1)设置于介质基板层(2)的上表面，所述金属结构层(1)包括横金属体(101)和竖金属体(102)，所述竖金属体(102)垂直设置于横金属体(101)之间，且等间距排列，所述竖金属体(102)等分为上、下两部分，所述PIN二极管(3)设置于竖金属体(102)的上、下两部分中间。2.根据权利要求1所述的一种透射型数字可编码超材料结构，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇峰，秦喆，王贺，李辰琛，朱志标，袁琦，李松岩，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：新型
国别省市：