基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于1比特设计思想的2比特电磁超构表面单元设计方法，包括：步骤1，利用电磁谐振法设计1比特超构表面单元10，通过控制电控器件的导通和断开，使其在所需频点处具有270

【技术实现步骤摘要】
基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元设计方法


[0001]本专利技术涉及人工电磁超构表面设计技术，具体涉及一种基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元设计方法。

技术介绍

[0002]电磁超构表面能够实现对电磁波幅度、相位和极化的灵活调控，是近年来研究的热点，智能超构表面概念的提出进一步扩展了超构表面的应用领域。智能超构表面能够自主感知系统和外部环境的变化，可以在不同电磁功能之间实现自适应切换。作为智能超构表面的硬件基础，可重构超构表面的电磁调控能力决定了智能超构表面的性能。通过在超构表面单元结构中加载电控开关器件，可以实现反射相位在特定的数字量化值间的动态调控。现有的研究大多是1比特调相结构，其设计思想简单清晰，但是只能实现两种相位状态，存在相位精度低、对电磁波调控不够精准的问题。理论研究表明，2比特可重构超构表面单元可以大幅减小相位补偿误差，基于2比特单元的电磁超构表面能够实现良好的电磁性能，然而2比特单元的设计需要同时兼顾四种相位状态，设计过程非常复杂，效率低下，且2比特单元存在结构复杂、加载器件多、损耗高等问题，直接影响了可重构超构表面的实际应用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元，其中，所述基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元10自上而下包括金属贴片11、第一电控器件101、介质基板12、金属地板13；并且其中
[0004]以单元10上表面的中心为坐标原点，建立空间直角坐标系，水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向，垂直于纸面向外为z轴正方向；介质基板12为方形薄片状；矩形金属贴片11印制在介质基板12上，在金属贴片11上刻蚀矩形缝隙14，金属贴片11和缝隙14均关于x轴对称；电控器件101焊接在缝隙14左边的中点处的x轴上，电控器件101的两极跨接在缝隙两侧的金属贴片上；金属地板13位于介质基板12下方，金属地板13与介质基板12尺寸相同，二者在水平面上的投影完全重合；
[0005]其特征在于，
[0006]在1比特单元10下方增加移相层20，并在1比特单元10中引入传输金属过孔15，将1比特单元10上的电磁能量传输到移相层20；移相层20的介质基板21位于金属地板13下方，介质基板21与介质基板12在水平面上的投影完全重合；传输金属过孔15位于缝隙14内侧的金属贴片11上，过孔中心位于x轴上，靠近第一电控器件101的边缘但保持一定间距；传输金属过孔15自金属贴片11向下垂直穿透介质基板12与介质基板21，将介质基板12上表面的金属贴片11与介质基板21下表面的微带枝节22相连；金属地板13上有一圆形开孔，其位于相应于传输金属过孔15穿过的位置，该圆形开孔将金属过孔15与金属地板13隔绝开，防止短路；
[0007]移相微带线印制在介质基板21的下表面，包括第一移相微带线23、第三电控器件
202、第二移相微带线24；第一移相微带线23、第二移相微带线24沿x轴方向，第三电控器件202的两极跨接在第一移相微带线23与第二移相微带线24之间，短路金属过孔25位于第二移相微带线24背离第一移相微带线23的端部；在保证微带线长度要求情况下，第一移相微带线23、第二移相微带线24的形状能够是直线或者曲折线；此外，第一移相微带线23、第二移相微带线24主体沿着x方向延伸，如果微带线的长度过长，沿y方向进行弯折；移相微带线23通过第二电控器件201与微带枝节22相连；在保证微带线长度要求情况下，微带枝节22能够是直线或曲折线，微带枝节22将移相后的导行电磁波传输回1比特单元10。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，
[0009]金属贴片11和缝隙14均为矩形，金属贴片11沿x轴方向的边长在5.0～12.0mm范围内，沿y轴方向的边长在5.0～12.0mm范围内，缝隙14沿x轴方向的边长在4.0～11.0mm范围内，沿y轴方向的边长在4.0～11.0mm范围内，缝隙宽度在0.01～1.0mm范围内；介质基板12的边长在8.0～15.0mm范围内，厚度在1.0～5.0mm范围内；
[0010]金属过孔15中心与电控器件101边缘的距离在0.2～5.0mm范围内；介质基板21的厚度在0.1～5.0mm范围内；
[0011]微带枝节22长度在1.0～3.0mm范围内，移相微带线23的总长度在1.0～10.0mm范围内，移相微带线24的总长度在1.0～10.0mm范围内，微带线的宽度在0.2～3.0mm范围内。
[0012]在本专利技术的一个具体实施例中，
[0013]金属贴片11沿x轴方向的边长为6.5mm，沿y轴方向的边长为7.0mm，缝隙14沿x轴方向的边长为5.5mm，沿y轴方向的边长为5.3mm，缝隙宽度为0.1mm；介质基板12的边长为10.0mm，厚度为2.0mm，其介电常数在2.0～4.0范围内；
[0014]金属过孔15中心与电控器件101边缘的距离为0.5mm；介质基板21的厚度为0.28mm，其介电常数在2.0～4.0范围内；
[0015]微带枝节22长度为1.5mm，移相微带线23的总长度为3.0mm，移相微带线24的总长度为7.5mm，微带线的宽度为0.5mm。
[0016]在本专利技术的另一个实施例中，第一电控器件101、第二电控器件201、第三电控器件202采用微电子机械系统开关、PIN二极管开关或场效应管开关。
[0017]在本专利技术的另一个具体实施例中，第一电控器件101、第二电控器件201、第三电控器件202为PIN二极管开关SMP1352
‑
040LF。
[0018]还提供一种基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元设计方法，所述单元为上述基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元，具体包括以下步骤：
[0019]步骤1，利用电磁谐振法设计1比特超构表面单元10，通过控制电控器件的导通和断开，使其在所需频点处具有270
°
的反射相位差；
[0020]基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元10自上而下包括金属贴片11、第一电控器件101、介质基板12、金属地板13；并且其中
[0021]以单元10上表面的中心为坐标原点，建立空间直角坐标系，水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向，垂直于纸面向外为z轴正方向；介质基板12为方形薄片状；矩形金属贴片11印制在介质基板12上，在金属贴片11上刻蚀矩形缝隙14，金属贴片11和缝隙14均关于x轴对称；电控器件101焊接在缝隙14左边的中点处的x轴上，电控器件101的两极跨接在缝隙两侧的金属贴片上；金属地板13位于介质基板12下方，金属地板13与介质基板12
尺寸相同，二者在水平面上的投影完全重合；
[0022]步骤2，在步骤1中得到的1比特单元10下方增加移相层20，并在单元10中引入传输金属过孔15，将单元10上的电磁能量传输到移相层20；
[0023]在1比特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元，其中基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元10自上而下包括金属贴片11、第一电控器件101、介质基板12、金属地板13；并且其中以单元10上表面的中心为坐标原点，建立空间直角坐标系，水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向，垂直于纸面向外为z轴正方向；介质基板12为方形薄片状；矩形金属贴片11印制在介质基板12上，在金属贴片11上刻蚀矩形缝隙14，金属贴片11和缝隙14均关于x轴对称；电控器件101焊接在缝隙14左边的中点处的x轴上，电控器件101的两极跨接在缝隙两侧的金属贴片上；金属地板13位于介质基板12下方，金属地板13与介质基板12尺寸相同，二者在水平面上的投影完全重合；其特征在于，在1比特单元10下方增加移相层20，并在1比特单元10中引入传输金属过孔15，将1比特单元10上的电磁能量传输到移相层20；移相层20的介质基板21位于金属地板13下方，介质基板21与介质基板12在水平面上的投影完全重合；传输金属过孔15位于缝隙14内侧的金属贴片11上，过孔中心位于x轴上，靠近第一电控器件101的边缘但保持一定间距；传输金属过孔15自金属贴片11向下垂直穿透介质基板12与介质基板21，将介质基板12上表面的金属贴片11与介质基板21下表面的微带枝节22相连；金属地板13上有一圆形开孔，其位于相应于传输金属过孔15穿过的位置，该圆形开孔将金属过孔15与金属地板13隔绝开，防止短路；移相微带线印制在介质基板21的下表面，包括第一移相微带线23、第三电控器件202、第二移相微带线24；第一移相微带线23、第二移相微带线24沿x轴方向，第三电控器件202的两极跨接在第一移相微带线23与第二移相微带线24之间，短路金属过孔25位于第二移相微带线24背离第一移相微带线23的端部；在保证微带线长度要求情况下，第一移相微带线23、第二移相微带线24的形状能够是直线或者曲折线；此外，第一移相微带线23、第二移相微带线24主体沿着x方向延伸，如果微带线的长度过长，沿y方向进行弯折；移相微带线23通过第二电控器件201与微带枝节22相连；在保证微带线长度要求情况下，微带枝节22能够是直线或曲折线，微带枝节22将移相后的导行电磁波传输回1比特单元10。2.如权利要求1所述的基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元，其特征在于，金属贴片11和缝隙14均为矩形，金属贴片11沿x轴方向的边长在5.0～12.0mm范围内，沿y轴方向的边长在5.0～12.0mm范围内，缝隙14沿x轴方向的边长在4.0～11.0mm范围内，沿y轴方向的边长在4.0～11.0mm范围内，缝隙宽度在0.01～1.0mm范围内；介质基板12的边长在8.0～15.0mm范围内，厚度在1.0～5.0mm范围内；金属过孔15中心与电控器件101边缘的距离在0.2～5.0mm范围内；介质基板21的厚度在0.1～5.0mm范围内；微带枝节22长度在1.0～3.0mm范围内，移相微带线23的总长度在1.0～10.0mm范围内，移相微带线24的总长度在1.0～10.0mm范围内，微带线的宽度在0.2～3.0mm范围内。3.如权利要求2所述的基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元，其特征在于，金属贴片11沿x轴方向的边长为6.5mm，沿y轴方向的边长为7.0mm，缝隙14沿x轴方向的边长为5.5mm，沿y轴方向的边长为5.3mm，缝隙宽度为0.1mm；介质基板12的边长为10.0mm，厚度为2.0mm，其介电常数在2.0～4.0范围内；金属过孔15中心与电控器件101边缘的距离为0.5mm；介质基板21的厚度为0.28mm，其
介电常数在2.0～4.0范围内；微带枝节22长度为1.5mm，移相微带线23的总长度为3.0mm，移相微带线24的总长度为7.5mm，微带线的宽度为0.5mm。4.如权利要求1所述的基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元，其特征在于，第一电控器件101、第二电控器件201、第三电控器件202采用微电子机械系统开关、PIN二极管开关或场效应管开关。5.如权利要求4所述的基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元，其特征在于，第一电控器件101、第二电控器件201、第三电控器件202为PIN二极管开关SMP1352
‑
040LF。6.一种基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元设计方法，所述单元为如权利要求1至5任一项所述的基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，利用电磁谐振法设计1比特超构表面单元10，通过控制电控器件的导通和断开，使其在所需频点处具有270
°
的反射相位差；基于1比特设计思想的2比特可重构超构表面单元10自上而下包括金属贴片11、第一电控器件101、介质基板12、金属地板13；并且其中以单元10上表面的中心为坐标原点，建立空间直角坐标系，水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向，垂直于纸面向外为z轴正方向；介质基板12为方形薄片状；矩形金属贴片11印制在介质基板12上，在金属贴片11上刻蚀矩形缝隙14，金属贴片11和缝隙14均关于x轴对称；电控器件101焊接在缝隙14左边的中点处的x轴上，电控器件101的两极跨接在缝隙两侧的金属贴片上；金属地板13位于介质基板12下方，金属地板13与介质基板12尺寸相同，二者在水平面上的投影完全重合；步骤2，在步骤1中得到的1比特单元10下方增加移相层20，并在单元10中引入传输金属过孔15，将单元10上的电磁能量传输到移相层20；在1比特单元10下方增加移相层20，并在1比特单元10中引入传输金属过孔15，将1比特单元10上的电磁能量传输到移相层20；移相层20的介质基板21位于金属地板13下方，介质基板21与介质基板12在水平面上的投影完全重合；传输金属过孔15位于缝隙14内侧的金属贴片11上，过孔中心位于x轴上，靠近第一电控器件101的边缘但保持一定间距；传...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桐，杨欢欢，曹祥玉，田江浩，李思佳，季轲峰，高坤，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：