一种超表面制造技术

本发明专利技术公开了一种超表面

【技术实现步骤摘要】
一种超表面、设计方法及增强超表面电磁响应角度稳定性的方法


[0001]本专利技术涉及新型人工电磁材料技术，特别涉及一种超表面
、
设计方法及增强超表面电磁响应角度稳定性的方法
。

技术介绍

[0002]超表面是智能控制电磁波的重要平台，已成为开发多功能电磁波调控器件的关键技术，在无线通信
、
智能传感等领域中有重要运用
。
超表面由在二维平面内阵列排布的亚波长尺寸的电磁单元组成
。
电磁单元的电磁响应特性由其结构设计和可控器件状态共同决定
。
可通过外部控制信号精准调控超表面中每一个电磁单元的电磁响应状态，在二维阵面上实现特定的电磁响应分布，从而控制超表面实现波束扫描
、
涡旋波产生
、
近场成像等各种特殊的电磁功能
。
[0003]然而，在复杂运用场景中，入射电磁波的方向是任意的，这就要求超表面的电磁响应在不同入射角上保持稳定
。
但是现有超表面结构的电磁响应角度稳定性仅依赖于其平面金属图案的设计，或者仅能提高某种极化电磁响应的角度稳定性，限制了其设计的自由度和电磁响应的角度稳定性
。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的一个目的是提供一种超表面，通过在电磁单元周围设置金属壁结构能有效解决超表面电磁响应在不同空间角度上差异很大的问题，可以提高超表面的功能指标和使用范围
。
[0005]本专利技术的另一个目的是提供一种超表面的设计方法及增强超表面电磁响应角度稳定性的方法
。
[0006]技术方案：本专利技术的一种超表面，包括：阵列排布的电磁响应可调控的若干电磁单元，所述电磁单元为多层平面结构，包括至少一个金属层
、
至少一个介质层以及设置在多层平面结构周围边界上的金属壁，所述金属壁设置在所述多层平面结构内，在厚度方向上横跨至少一个所述介质层，金属壁与所述至少一个金属层相连；金属壁结构使得入射电磁波仅在各个电磁单元内部产生谐振，以提高超表面对单个极化或者多个极化电磁响应角度稳定性，同时提高超表面俯仰角或方位角空间方向上的电磁响应角度稳定性
。
[0007]可选的，金属壁上的导电层为完整金属面结构
、
网状结构或栅状结构，以及前述结构的任意组合
。
[0008]可选的，金属壁的材料包括但不限于导电胶
、
铝
、
铁
、
锡
、
铜
、
银或金及具有前述材质的任意组合
。
[0009]可选的，金属壁通过印制电路板工艺进行加工，或使用机械加工
。
[0010]可选的，所述印制电路板工艺包括但不限于钻孔
、
铣槽
、
离子注入
、
沉铜
、
电镀或树脂塞孔，以及前述工艺的任意组合
。
[0011]可选的，金属壁使用印制电路板工艺中的金属化孔或金属化槽结构
。
[0012]可选的，电磁单元由上至下依次包括：第一金属层
、
第一介质层
、
第二金属层
、
第二介质层
、
第三介质层和第三金属层，在第一介质层的周围设置金属壁，金属壁与第一金属层和第二金属层相连；第一金属层包括中间的金属贴片以及四周成
90
度旋转对称的四个金属贴片，且四周四个金属贴片分别通过变容二极管与中间的金属贴片相连接；第二金属层为射频地，与超表面中其他电磁单元的第二金属层相连，形成一块完整的金属反射层，且第二金属层同时作为直流控制信号的地，电磁单元中心设有第一金属孔，电磁单元的边角处设有若干第二金属孔，变容二极管的控制电压为第一金属层内中间金属贴片与周围四个金属贴片之间的电压，该电压由位于第三金属层中的直流馈线通过第一金属孔
、
第二金属孔和金属壁加载到第一金属层中对应的金属贴片上
。
[0013]可选的，电磁单元由上至下依次包括：第一金属层
、
第一介质层
、
第二金属层
、
第二介质层
、
第三介质层和第三金属层，在第一介质层的周围设置金属壁，金属壁与第一金属层和第二金属层相连，第一金属层包括中间的两个金属贴片以及围绕中间两个金属贴片周围的金属边框，中间两个金属贴片之间通过变容二极管相连接；第二金属层为射频地，与超表面中其他电磁单元的第二金属层相连，形成一块完整的金属反射层；变容二极管的控制电压为第一金属层内中间两个金属贴片之间的电压，该电压由位于第三金属层中的直流馈线通过第一金属孔和第二金属孔加载到第一金属层中对应的金属贴片上
。
[0014]基于相同的专利技术构思，本专利技术的一种超表面的设计方法，包括以下步骤：
[0015]根据超表面的功能需求设计电磁单元的基本结构和形状，电磁单元为多层平面结构，包含至少一个金属层和一个介质层；
[0016]在所述电磁单元的边界上增加金属壁结构，所述金属壁设置在所述多层平面结构内，在厚度方向上横跨至少一个所述介质层；
[0017]完善所述电磁单元结构设计，使所述超表面能够被生产制造，并根据仿真结果优化所述电磁单元的几何参数和材质属性，实现所述功能需求的指标；
[0018]将所述电磁单元按照一定排布方式组成超表面，完善所述超表面整体设计
。
[0019]基于相同的专利技术构思，本专利技术的一种增强超表面电磁响应角度稳定性的方法，包括：在按照需求设计的电磁单元基本结构的基础上，在每个电磁单元的边界上增加金属壁结构，使得入射电磁波仅在各个电磁单元内部产生谐振，有效提高电磁单元和超表面的电磁响应的角度稳定性
。
[0020]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术效果为：
[0021](1)
该超表面通过增加金属壁结构提高超表面电磁响应在俯仰角和方位角方向上的角度稳定性，提高超表面的性能指标，减弱角度色散导致电磁响应的变化，使得超表面所设计的功能在更大角度范围内保持一致
。
[0022](2)
能够提高超表面对单个极化或者多个极化电磁响应角度稳定性，增强超表面在使用场景中的鲁棒性，扩展超表面的使用场景
。
[0023](3)
使用印制电路板工艺或机械加工即可生产加工，可简化加工步骤，可降低生产成本
。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1提供的一种全极化大角度稳定电磁单元的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例1提供的全极化大角度稳定电磁单元中印制电路板的结构示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例1提供的电磁单元在变容二极管不同偏置状态下的反射幅度和反射相位频谱特性的仿真结果图；
[0027]图4为本专利技术实施例1提供的电磁单元在不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超表面，其特征在于，包括：阵列排布的电磁响应可调控的若干电磁单元，所述电磁单元为多层平面结构，包括至少一个金属层
、
至少一个介质层以及设置在多层平面结构周围边界上的金属壁，所述金属壁设置在所述多层平面结构内，在厚度方向上横跨至少一个所述介质层，金属壁与所述至少一个金属层相连；金属壁结构使得入射电磁波仅在各个电磁单元内部产生谐振，以提高超表面对单个极化或者多个极化电磁响应角度稳定性，同时提高超表面俯仰角或方位角空间方向上的电磁响应角度稳定性
。2.
根据权利要求1所述的一种超表面，其特征在于，金属壁上的导电层为完整金属面结构
、
网状结构或栅状结构，以及前述结构的任意组合
。3.
根据权利要求1所述的一种超表面，其特征在于，金属壁的材料包括但不限于导电胶
、
铝
、
铁
、
锡
、
铜
、
银或金及具有前述材质的任意组合
。4.
根据权利要求1所述的一种超表面，其特征在于，金属壁通过印制电路板工艺进行加工，或使用机械加工
。5.
根据权利要求4所述的一种超表面，其特征在于，所述印制电路板工艺包括但不限于钻孔
、
铣槽
、
离子注入
、
沉铜
、
电镀或树脂塞孔，以及前述工艺的任意组合
。6.
根据权利要求5所述的一种超表面，其特征在于，金属壁使用印制电路板工艺中的金属化孔或金属化槽结构
。7.
根据权利要求1所述的一种超表面，其特征在于，电磁单元由上至下依次包括：第一金属层
、
第一介质层
、
第二金属层
、
第二介质层
、
第三介质层和第三金属层，在第一介质层的周围设置金属壁，金属壁与第一金属层和第二金属层相连；第一金属层包括中间的金属贴片以及四周成
90
度旋转对称的四个金属贴片，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋卫祥，徐亮，李奇阳，崔铁军，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：