一种透明的可重构多功能超表面制造技术

本发明专利技术公开了一种透明的可重构多功能超表面，该超表面包括N

【技术实现步骤摘要】
一种透明的可重构多功能超表面


[0001]本专利技术涉及可重构多功能超表面
，特别是涉及一种透明的可重构多功能超表面。

技术介绍

[0002]可重构超表面，由于其在改善信道、提升通信质量方面的巨大潜力，在改善无线电磁通信信道领域得到了广泛的关注。可重构超表面的实际应用能力一直备受关注，因此设计一种具有调控能力强、应用场景广的可重构超表面是工程界和学术界的持续追求。传统的可重构超表面可以通过部署在室内外墙体，交通工具内或通讯设备附近来改善通信信道的质量。然而传统的可重构超表面都是以印制电路板(PCB)工艺加工而成，其结构不具有透光性，这使得超表面无法部署在一些特定场景，如：玻璃幕墙，汽车玻璃，高铁玻璃等，从而限制了超表面的应用。
[0003]传统的玻璃介质作为一种自然材料，被动地影响着无线通信信道。其电磁特性由相对介电常数，相对磁导率和厚度决定。一旦加工完毕，其电磁特性无法被调控。尽管透明导电材料，如：ITO，金属网格，纳米银线已经被引入到之前的透明超表面的设计中，但这些透明超表面大多为无源超表面，一旦结构设计完成，其功能将固定，无法实现多功能可重构。少部分的透明超表面通过加载有源器件和机械调控可以实现功能的切换，但其调控能力有限：
[0004]《Transparent dynamic metasurface for a visually unaffected reconfigurable intelligent surface:controlling transmission/reflection and making a window into an RF lens》中提出的透明超表面通过机械调节介质板到超表面的距离来实现功能的切换，此设计功能切换速度缓慢，剖面高且只能适用于正入射。
[0005]《Optical
‑
transparent metasurface for flexible manipulation and analog information modulation》中提出的透明超表面通过改变变容二极管电压来实现功能的切换，但其只能对反射波进行幅度调控，并且只适用于正入射。
[0006]因此，一种调控能力更强，应用场景更广的透明可重构多功能超表面亟待研究，该透明可重构多功能超表面预期需要实现以下功能：1.适用于双极化入射波2.适用于广入射角3.可调控全空间电磁波4.多功能且功能切换速度快5.剖面低6.透光率高

技术实现思路

[0007]技术问题：有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种透明的可重构多功能超表面，用来解决
技术介绍
中提及的技术问题。从而在预设的频段内，可以对全空间的电磁波的幅度进行灵活的调控。
[0008]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用一种透明的可重构多功能超表面，所述的透明的可重构多功能超表面包括N
×
N个基本单元周期排列构成单元阵列，N为自然数；每个基本单元由相同的信号控制，整个单元阵列的控制信号由外部电路控制；
[0009]其中，所述每一个基本单元的层状结构从上到下依次包括：
[0010]第一层为上层金属图案层；
[0011]第二层为上层PET层；
[0012]第三层为上层粘接层；
[0013]第四层为玻璃介质层；
[0014]第五层为下层粘接层；
[0015]第六层为下层PET层；
[0016]第七层为下层金属图案层，
[0017]其中，上层金属图案层和上层PET层共同构成上层可重构透明薄膜；下层PET层和下层金属图案层共同构成下层可重构透明薄膜；上层可重构透明薄膜和下层可重构透明薄膜与玻璃介质层通过粘接层相连接。
[0018]所述上层金属图案层包含两条相互垂直的上层金属折叠线，两条相互垂直的上层金属折叠线的4个外端口分别位于上层金属图案层四条边的中间，在沿x方向的上层金属折叠线上串联加载PIN管A和PIN管B。
[0019]所述下层金属图案层包含两条相互垂直的下层金属折叠线，两条相互垂直的下层金属折叠线的4个外端口分别位于下层金属图案四条边的中间，在沿y方向的下层金属折叠线上上串联加载PIN管C和PIN管D。
[0020]所述PIN管A、PIN管B、PIN管C和PIN管D在偏置电流为1mA时处于导通状态，在偏置电压为0mA时处于未导通状态，在偏置电压处于0mA和1mA之间时处于中间态；所述PIN管在导通和未导通和中间态时的内部等效电路不同，从而对入射到可重构多功能超表面的电磁波产生不同的电磁响应，实现多功能的空间电磁波调控。
[0021]所述PIN管A、PIN管B、PIN管C和PIN管D的偏置电流为0mA时，处于透射增强状态；在偏置电流为10mA时，处于电磁屏蔽状态；在偏置电流处于0mA和1mA之间时，处于双通道调幅通信状态。
[0022]所述的双通道调幅通信状态是超表面对入射波产生的反射波和透射波进行幅度调控，这种调控方式称之为全空间调控。
[0023]所述的超表面适用于广入射角、双极化的应用场景；其中，入射波的入射角适用范围在0
‑
80
°
内；其中，TE极化和TM极化的入射波均可适用。
[0024]所述的透明的可重构多功能超表面在具有电磁可重构的特性外，保持光学透明度。
[0025]其中，第一层上层金属图案层和和第七层下层金属图案层共同调控入射电磁波。
[0026]所述的上下层金属图案层一共加载了4个PIN管，通过控制PIN管两侧的直流电流，可以实时且快捷地调控入射电磁波。
[0027]所述的基本单元的没有引入额外的直流馈线层来控制PIN管两侧的直流电压，金属图案层中没有串联加载PIN管的金属折叠线既起对入射电磁波产生响应，又作为直流馈线控制PIN管的电压。这种简易的结构设计有利于透明超表面的设计加工。
[0028]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优点：
[0029]1.本专利技术仅通过在玻璃表面两侧粘贴可重构透明薄膜的方式，从而在预设的频段内，可以对全空间的电磁波的幅度进行灵活的调控。
[0030]2.本专利技术所述的透明可重构多功能超表面可适用于双极化入射波：垂直极化波(TE)和水平极化波(TM)；并且，所述的透明可重构多功能超表面对入射角在0
°‑
80
°
的入射波都有良好的幅度调控能力。这种双极化广入射角的可重构多功能超表面极大地增加了其对各种入射波场景的适应性，具有较高的鲁棒性。
[0031]3.相较于传统的平板玻璃这种对入射电磁波有固定响应的自然材料，所述的透明可重构多功能超表面可以通过改变馈电电压实现全空间、多功能的电磁波调控：
[0032]当PIN管的偏置电流为1mA时，所述的透明可重构多功能超表面对入射角在0
‑
80
°
内的TE和TM极化入射波具有高电磁透射率，相比于传统的平板玻璃具有透射增强效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明的可重构多功能超表面，其特征在于所述的透明的可重构多功能超表面包括N
×
N个基本单元周期排列构成单元阵列，N为自然数；每个基本单元由相同的信号控制，整个单元阵列的控制信号由外部电路控制；其中，所述每一个基本单元的层状结构从上到下依次包括：第一层为上层金属图案层(1)；第二层为上层PET层(2)；第三层为上层粘接层(3)；第四层为玻璃介质层(4)；第五层为下层粘接层(5)；第六层为下层PET层(6)；第七层为下层金属图案层(7)，其中，上层金属图案层(1)和上层PET层(2)共同构成上层可重构透明薄膜；下层PET层(6)和下层金属图案层(7)共同构成下层可重构透明薄膜；上层可重构透明薄膜和下层可重构透明薄膜与玻璃介质层(4)通过粘接层相连接。2.根据权利要求1所述的一种透明的可重构多功能超表面，其特征在于，所述上层金属图案层(1)包含两条相互垂直的上层金属折叠线(1.3)，两条相互垂直的上层金属折叠线(1.3)的4个外端口分别位于上层金属图案层(1)四条边的中间，在沿x方向的上层金属折叠线(1.3)上串联加载PIN管A(1.1)和PIN管B(1.2)。3.根据权利要求1所述的一种透明的可重构多功能超表面，其特征在于，所述下层金属图案(7)层包含两条相互垂直的下层金属折叠线(7.3)，两条相互垂直的下层金属折叠线(7.3)的4个外端口分别位于下层金属图案(7)四条边的中间，在沿y方向的下层金属折叠线上(7.3)上串联加载PIN管C(7.1)和PIN管D(7.2)。4.根据权利要求2或3所述的一种透明的可重构多功能超表面，其特征在于，所述PIN管A(1.1)、PIN管B(1.2)、PIN管C(7.1)和PIN管D(...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔铁军，蒋睿哲，程强，戴俊彦，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：