超表面单元、天线及通信设备制造技术

本发明专利技术提供了一种超表面单元、天线及基站，所述超表面单元包括多个金属层与多个介电层，所述金属层与所述介电层交替层叠设置，所述多个金属层中包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层包括至少两个十字形贴片，该至少两个十字形贴片各自的中心相重合，且呈角度设置，所述第二金属层呈多边形状。本发明专利技术超表面单元的第一金属层与第二金属层可四种不同的谐振，以确保透射幅度高度一致，以拓展相位覆盖，优化辐射性能，且超表面单元由金属层与介电层交替层叠形成，结构简单，便于设置于天线中，以便于天线的小型化。且，所述超表面单元在实现非衍射涡旋电磁波的同时，满足高模态纯度与天线小型化，丰富了应用场景。丰富了应用场景。丰富了应用场景。

【技术实现步骤摘要】
超表面单元、天线及通信设备


[0001]本专利技术属于移动通信
，具体涉及一种超表面单元、配置了所述超表面单元的天线以及配置所述天线的通信设备。

技术介绍

[0002]近年来，轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)由于其拥有无限个正交模式引起了学术界的关注，可有效缓解频谱资源紧张，并扩大通信容量及提升通信速率。自2007年起轨道角动量被引入微波频段，使轨道角动量被应用到实际成为了可能。轨道角动量以螺旋形式的等相位面存在于电磁波中，故被称为涡旋电磁波。
[0003]涡旋电磁波因其携有轨道角动量为无线扩容提供了新的物理维度，对解决目前频谱资源急缺问题具有重大现实意义。产生涡旋波的核心步骤便是把传统的平面等相位面转化为螺旋型等相位面，现今一般通过人工电磁超表面产生OAM。人工电磁超表面通过使用喇叭天线以空馈的形式馈电，降低了设计的难度，并易获得较高的天线增益。
[0004]然而OAM在使用中存在能量发散的问题，限制了涡旋电磁波的远距离应用。同时，轨道角动量的模态纯度直接影响涡旋电磁波通信或涡旋电磁波雷达探测的性能，且，不便于配置超表面的天线的结构简单化与集成化。
[0005]文献“Xu H X,Hu G,Li Y,et al.Interference
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assisted kaleidoscopic meta
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plexer for arbitrary spin
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wavefront manipulation[J].Light:Science&Applications,2019,8(1):3.”揭示了一种天线，该天线利用反射型超表面生成高阶贝塞尔波束，实现了涡旋波前与非衍射特性，且由于反射幅度的高度一致，实现了高模态纯度。然而，由于馈源前置，这种方法存在馈源阻塞效应，使得天线难以小型化。
[0006]文献“Chen M L N,Jiang L J,Wei E I.Ultrathin complementary metasurface for orbital angular momentum generation at microwave frequencies[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2016,65(1):396
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400.”揭示了一种天线，该天线采用多层结构透射超表面，避免了馈源阻塞效应。但是由于不对称几何形状的限制，使得该种超表面只能应用于有限类型的极化。此外，由于透射幅度的不一致，降低了模态纯度。
[0007]文献“Hong J Y,Lee W,Kim B S,et al.Use of tractroid factor in deformed parabolic reflector antenna which transfers orbital angular momentum modes[C]//2017International Conference on Information and Communication Technology Convergence(ICTC).IEEE,2017:1229
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1231.”揭示了一种天线，该天线将卡塞格伦天线与巴特勒馈电矩阵相结合，有效减小了发散角。但由于抛物面的设计以及依靠馈电网络实现涡旋波前，这种OAM天线存在结构复杂且不易于集成。
[0008]可知，现阶段的配置了电磁超表面的涡旋波天线的功能较为单一，难以在实现非衍射涡旋电磁波的同时，满足高模态纯度与天线小型化，限制了应用场景。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于解决上述问题至少之一而提供一种超表面单元、天线及通信设备。
[0010]适应本专利技术的各个目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]适应本专利技术的目的之一而提供一种超表面单元，包括多个金属层与多个介电层，所述金属层与所述介电层交替层叠设置，所述多个金属层中包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层包括至少两个十字形贴片，该至少两个十字形贴片各自的中心相重合，且呈角度设置，所述第二金属层呈多边形状。
[0012]进一步的，所述超表面单元的层叠方向的两端分别设有第一金属层和/或第二金属层。
[0013]进一步的，所述多个金属层包括一个第一金属层与多个第二金属层，所述多个第二金属层沿层叠方向分别设置第一金属层的两侧。
[0014]进一步的，所述超表面单元包括一个第一金属层、四个第二金属层及四个介电层。
[0015]进一步的，所述第一金属层包括两个十字形贴片，该两个十字形贴片构成米字形的第一金属层。
[0016]进一步的，所述第二金属层由两个矩形贴片相组合形成，该两个矩形贴片绕第二中心呈角度设置。
[0017]进一步的，调节所述矩形贴片的尺寸，以调节所述超表面单元的相位。
[0018]适应本专利技术的目的之一而提供一种天线，包括馈源、介质基板以及超表面结构，所述超表面结构设置于介质基板中，所述馈源设置于所述超表面结构的上方，所述超表面结构包括若干个如前一目的任意一项所述超表面单元，所述若干个超表面单元呈阵列设置。
[0019]进一步的，所述馈源为喇叭天线或微带天线或阵列天线。
[0020]适应本专利技术的目的之一而提供一种通信设备，包括如前一目的任意一项所述的天线。
[0021]相对于现有技术，本专利技术具有多方面的优势，包括但不限于：
[0022]本专利技术的超表面单元的第一金属层与第二金属层可四种不同的谐振，以确保透射幅度高度一致，以拓展相位覆盖，优化辐射性能，且超表面单元由金属层与介电层交替层叠形成，结构简单，便于设置于天线中，以便于天线的小型化。且，所述超表面单元在实现非衍射涡旋电磁波的同时，满足高模态纯度与天线小型化，丰富了应用场景。
[0023]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0024]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0025]图1为本专利技术典型实施例的天线的结构示意图。
[0026]图2为本专利技术典型实施例的超表面的结构示意图。
[0027]图3为本专利技术典型实施例的超表面单元的爆炸示意图。
[0028]图4为超表面单元产生一阶贝塞尔波束所需的超表面上的相位分布图。
[0029]图5为本专利技术典型实施例的超表面单元的第一金属层的结构示意图。
[0030]图6为本专利技术典型实施例的超表面单元的第二金属层的结构示意图。
[0031]图7为由不同尺寸的周期性单元组成的超表面单元的反射系数图。
[0032]图8a为超表面单元在完全相移范围内，传输系数与幅度的关系图。
[0033]图8b为超表面单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超表面单元，其特征在于，包括多个金属层与多个介电层，所述金属层与所述介电层交替层叠设置，所述多个金属层中包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层包括至少两个十字形贴片，该至少两个十字形贴片各自的中心相重合，且呈角度设置，所述第二金属层呈多边形状。2.如权利要求1所述的超表面单元，其特征在于，所述超表面单元的层叠方向的两端分别设有第一金属层和/或第二金属层。3.如权利要求1所述的超表面单元，其特征在于，所述多个金属层包括一个第一金属层与多个第二金属层，所述多个第二金属层沿层叠方向分别设置第一金属层的两侧。4.如权利要求3所述的超表面单元，其特征在于，所述超表面单元包括一个第一金属层、四个第二金属层及四个介电层。5.如权利要求1所述的超表面单元，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏道一，陈春海，
申请(专利权)人：广东曼克维通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：