基于PB相位的多比特电调可重构超表面制造技术

本实用新型专利技术公开基于PB相位的多比特电调可重构超表面，涉及电磁散射控制领域，极化转换元件包括金属条、中间介质层、金属反射背板和馈线层，馈线层内有馈线，金属条的两端以及中部处分别设有金属化过孔，金属条端部处金属化过孔通过馈线呈高电平，金属条中部处金属化过孔通过馈线接地，金属条侧面焊接有变容二极管，馈线层内馈线通过控制器对变容二极管提供电压，能够实时动态地切换超表面加载二极管的状态，实现对入射圆极化波高效地同极化反射和交叉极化反射，同时对同极化反射相位和交叉极化反射相位进行独立调控，可以实现对散射电磁波的任意调控，通过实时改变控制器的输出信号可以实现可重构的散射特性并调控入射电磁波的频率。的频率。的频率。

【技术实现步骤摘要】
基于PB相位的多比特电调可重构超表面


[0001]本技术涉及电磁散射控制领域，具体为基于PB相位的多比特电调可重构超表面。

技术介绍

[0002]对目标散射特性的调控一直是电磁领域研究的主题，超表面是指具有亚波长尺度的单元按一定的宏观排列方式形成的并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。
[0003]圆极化波Pancharatnam
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Berry(PB)相位调控主要通过高效极化转换的各向异性单元旋转角度α实现，即获得的PB相位β＝2*α；
[0004]无源超表面通过直接旋转单元的角度即可实现PB相位调控，而对于有源超表面则通过改变有源器件的状态实现等效的旋转，从而实现PB相位的调控。基于相位与电可调谐技术，将二极管加载到超表面顶层的金属外环中，用其通断代替金属结构的旋转，从而实现相位可重构反射超表面。
[0005]超表面的出现极大地提升了对目标散射特性调控的能力。但是无源的超表面是被动的，不能够根据电磁环境的变化调控自身的散射特性。通过在无源超表面中引入有源元器件，如石墨烯、二极管和相变材料等可动态调控超表面的散射特性，有一种通过引入二极管实现的一比特圆极化相位可重构超表面，但是实现的比特数太少难以满足实际入射电磁波散射调控的需求。
[0006]因此，特提出一种用于电磁波散射的调控、目标特性重构和电磁屏蔽的能够实现多比特数圆极化相位调控的超表面，以解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本技术的目的在于提供基于PB相位的多比特电调可重构超表面，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：基于PB相位的多比特电调可重构超表面，超表面包括多个极化转换元件，多个极化转换元件呈阵列分布；
[0009]极化转换元件包括交叉设置的金属条、中间介质层、金属反射背板和馈线层，金属条转动安装在中间介质层的侧面，中间介质层远离金属条的一侧与金属反射背板的侧面固定，馈线层内有馈线，金属条的两端以及中部处分别设有金属化过孔，且金属条端部处金属化过孔通过馈线呈高电平，金属条中部处金属化过孔通过馈线接地；
[0010]馈线层与金属反射背板之间设置有用于馈线之间绝缘的隔离介质层；
[0011]金属条侧面焊接有变容二极管，馈线层内馈线通过控制器对变容二极管提供电压。
[0012]优选的，金属条包括金属条A、金属条B、金属条C和金属条D，金属条A、金属条B、金属条C和金属条D环形等距分布在中间介质层的侧面。
[0013]优选的，金属条A、金属条B、金属条C和金属条D侧面的变容二极管均对称焊接有两个，且变容二极管的电压通过同一个控制器控制。
[0014]优选的，金属反射背板用于全反射入射的圆极化电磁波。
[0015]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0016]本技术记载了基于PB相位的多比特电调可重构超表面，通过控制器(可编程逻辑门阵列)能够实时动态地切换超表面加载二极管的状态，实现对入射圆极化波高效地同极化反射和交叉极化反射，同时对同极化反射相位和交叉极化反射相位进行独立调控，通过对入射圆极化波相位和极化的调控可以实现对散射电磁波的任意调控，通过实时改变控制器的输出信号可以实现可重构的散射特性并调控入射电磁波的频率。
附图说明
[0017]图1为本技术实施例极化转换元件爆炸图；
[0018]图2为本技术实施例两比特PB相位调控图；
[0019]图3为本技术实施例两比特交叉极化相位调控图；
[0020]图4为本技术实施例超表面不同区域的反射相位图；
[0021]图5为本技术实施例涡旋光幅值图；
[0022]图6为本技术实施例涡旋光相位图；
[0023]图7为本技术实施例棋盘相位排布时入射电磁波散射图。
[0024]图中：1、中间介质层；2、金属反射背板；3、隔离介质层；4、馈线层；5、控制器；6、金属条A；7、金属条B；8、金属条C；9、金属条D。
具体实施方式
[0025]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0026]请参阅图1
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7，本实施例提供了基于PB相位的多比特电调可重构超表面，超表面包括多个极化转换元件，多个极化转换元件呈阵列分布；
[0027]极化转换元件包括交叉设置的金属条、中间介质层1、金属反射背板2和馈线层4，金属条转动安装在中间介质层1的侧面，中间介质层1远离金属条的一侧与金属反射背板2的侧面固定，馈线层4内有馈线，金属条的两端以及中部处分别设有金属化过孔，且金属条端部处金属化过孔通过馈线呈高电平，金属条中部处金属化过孔通过馈线接地；
[0028]馈线层4与金属反射背板2之间设置有用于馈线之间绝缘的隔离介质层3；
[0029]金属条侧面焊接有变容二极管，馈线层4内馈线通过控制器5对变容二极管提供电压。
[0030]金属条包括金属条A6、金属条B7、金属条C8和金属条D9，金属条A6、金属条B7、金属条C8和金属条D9环形等距分布在中间介质层1的侧面。
[0031]金属条A6、金属条B7、金属条C8和金属条D9侧面的变容二极管均对称焊接有两个，且变容二极管的电压通过同一个控制器5控制。
[0032]金属反射背板2用于全反射入射的圆极化电磁波。
[0033]如图2所示，验证两比特PB相位的调控，当不同金属条上变容二极管接通电压时，圆极化波入射时同极化反射的反射率和相位；
[0034]当金属条B7上加载的变容二极管接通时，打破了超表面单元的对称性，表现出各向异性，圆极化入射时，可以实现高效的同极化反射。同时，金属条B7上加载的变容二极管接通时的状态，可以等效为金属条A6上加载的变容二极管接通时的状态旋转角度α实现的。根据PB相位原理，这两种状态下超表单元的同极化反射相位的相位差β＝2*α。因此，超表面单元的四种状态形成了90
°
相位梯度，实现了两比特PB相位的调控。
[0035]图1中仅给出了包含金属条A6、金属条B7、金属条C8和金属条D9组成的顶层结构，实际上通过引入更多旋转的金属条可以实现更多比特数的PB相位可重构超表面。
[0036]如图3所示，验证两比特交叉极化相位的调控，当所有金属条上加载的变容二极管接通相同大小的电压时，变容二极管也具有相同大小的电容。
[0037]此时，超表面单元具有多重对称性，表现出各向同性，圆极化入射时，可以实现高效的交叉极化转化。同时，变容二极管的电容大小是由电压大小所决定的，当改变金属条上加载的变容二极管接通相同大小的电压时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于PB相位的多比特电调可重构超表面，其特征在于：所述超表面包括多个极化转换元件，多个所述极化转换元件呈阵列分布；所述极化转换元件包括交叉设置的金属条、中间介质层(1)、金属反射背板(2)和馈线层(4)，所述金属条转动安装在中间介质层(1)的侧面，所述中间介质层(1)远离金属条的一侧与金属反射背板(2)的侧面固定，所述馈线层(4)内有馈线，所述金属条的两端以及中部处分别设有金属化过孔，且金属条端部处金属化过孔通过馈线呈高电平，金属条中部处金属化过孔通过馈线接地；所述馈线层(4)与金属反射背板(2)之间设置有用于馈线之间绝缘的隔离介质层(3)；所述金属条侧面焊接有变容二极管，所述馈线层(4)内馈线通过控制器(5)对变容二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇峰，蒋李鑫，袁琦，朱志标，秦喆，郑麟，闫明宝，屈绍波，
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：