本发明专利技术公开了一种线性和非线性频率处极化和相位任意调控的超表面，包括上级子超表面单元和下级子超表面单元，上级子超表面单元为具有各向异性特点的无源结构，下级子超表面单元在x和y两个方向上相位独立且连续可调，通过控制两个方向上的电压就可以实现线性和非线性频率处极化和相位的任意调控，加工成本低、安装便利、且易于集成、有良好的通用性，通过调单元的整尺寸便可设计在不同工作频段内，易于推广应用。其在电子对抗，无线通信以及成像中具有潜在的应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型人工电磁材料，特别涉及一种线性和非线性频率处极化和相位任意调控的超表面。
技术介绍
1、在信息化条件下，研究电磁波的极化和相位是电磁波在空间中传播的重要课题。在通信技术中，根据不同的极化方式，电磁波具有不同的传播特性。通过结合发射和接收天线的极化特性，可以实现电磁波的最佳收发效果。此外，在通信系统中，相位也可以用于调制发射信号，例如采用bpsk和qpsk等调制技术。在对抗研究中，利用垂直极化波的天线工作可以有效抑制敌方水平极化波的干扰。同时，为了实现波束的连续扫描，需要能够连续控制相位。为了适应现代电子战的特点，如大纵深、全方位、高机动和战场信息密集多变，对天线极化和相位的自适应性要求日益迫切。因此，具备任意可控的极化和相位的天线在现代雷达、通信以及电子侦察与干扰等领域具有重要的新应用。然而，要实现任意极化和相位，通常需要设计复杂的馈电系统或使用笨重的旋转阵列天线。因此，具备任意可控的极化和相位的超表面在通信领域和电场抗干扰方面具有潜在的应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种线性和非线性频率处极化和相位任意调控的超表面，具有电磁波同时调控多个电磁波属性、成本低廉、易于集成等特点，具有很高的工程应用价值。
2、本专利技术实施例提供一种线性和非线性频率处极化和相位任意调控的超表面，包括：上级子超表面单元和下级子超表面单元，其中，所述上级子超表面单元为具有各向异性特点的无源结构，所述下级子超表面单元在x和y两个方向上相位独立且连续可调。
>3、在本专利技术的一个实施例中，所述超表面的整体反射矩阵特性满足反射波的极化和相位与底部结构x和y方向上的相位的预设关系。4、在本专利技术的一个实施例中，所述超表面通过外围的fpga控制电路进行控制，当外部的控制电压为非时变信号时，通过控制所述下级子超表面单元x和y方向上的电压差控制线性频率下反射波的极化方向，控制x和y方向上的电压和控制线性频率下反射波的相位；当外部的控制电压为时变周期信号时，通过控制所述下级子超表面单元x和y方向上电压差控制非线性频率下反射波的极化方向，控制x和y方向上的初始时刻电压和来控制非线性频率下反射波的相位。
5、在本专利技术的一个实施例中，所述超表面的整体反射矩阵满足的预设关系为：
6、
7、其中，гxx为x极化波激励x极化波反射，гxy为y极化波激励x极化波反射，гyx为x极化波激励y极化波反射，гyy为y极化波激励y极化波反射，β为和反射相位和的一半，为和反射相位差的一半，为下层子超表面单元在y极化波激励下共极化反射相位，为下层子超表面单元在x极化波激励下共极化反射相位。
8、在本专利技术的一个实施例中，所述上级子超表面单元由三层金属贴片，两层介质极板组成；
9、所述下级子超表面单元由三层金属贴片，两层介质基板，金属化过孔，四个变容二极管以及四个电感组成。
10、在本专利技术的一个实施例中，所述下级子超表面单元的两个变容二极管对称的焊接x和y方向上，通过连续改变变容二极管的偏置电压得到连续的反射相位，利用偏置电路独立的给x和y两个方向上的变容二极管馈电，在x和y两个方向上实现独立和连续可调的反射相位和
11、在本专利技术的一个实施例中，所述介质基板的材质为f4b，所述金属贴片的材质为铜。
12、本专利技术实施例的线性和非线性频率处极化和相位任意调控的超表面，具有以下有益效果：
13、1、本专利技术原理简单，仅仅通过控制两个方向上的电压就可以实现线性和非线性频率处极化和相位的任意调控；
14、2、本专利技术将多个基本单元组成阵列，由同一信号控制，降低了由于边界不同对单元反射系数所产生的干扰，同时也减少了馈电网络设计复杂度；
15、3、与传统的超表面相比本专利技术可以同时实现极化和相位的控制。
16、4、本专利技术的结构转换效率高
17、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，部分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。
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【技术保护点】
1.一种线性和非线性频率处极化和相位任意调控的超表面，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的超表面，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的超表面，其特征在于，所述超表面通过外围的FPGA控制电路进行控制，当外部的控制电压为非时变信号时，通过控制所述下级子超表面单元x和y方向上的电压差控制线性频率下反射波的极化方向，控制x和y方向上的电压和控制线性频率下反射波的相位；当外部的控制电压为时变周期信号时，通过控制所述下级子超表面单元x和y方向上电压差控制非线性频率下反射波的极化方向，控制x和y方向上的初始时刻电压和来控制非线性频率下反射波的相位。
4.根据权利要求2所述的超表面，其特征在于，所述超表面的整体反射矩阵满足的预设关系为：
5.根据权利要求1所述的超表面，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的超表面，其特征在于，所述下级子超表面单元的两个变容二极管对称的焊接x和y方向上，通过连续改变变容二极管的偏置电压得到连续的反射相位，利用偏置电路独立的给x和y两个方向上的变容二极管馈电，在x和y两个方向上实现独立和连续可调的反射相位和
7.根据权利要求5所述的超表面，其特征在于，
...
【技术特征摘要】
1.一种线性和非线性频率处极化和相位任意调控的超表面，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的超表面，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的超表面，其特征在于，所述超表面通过外围的fpga控制电路进行控制，当外部的控制电压为非时变信号时，通过控制所述下级子超表面单元x和y方向上的电压差控制线性频率下反射波的极化方向，控制x和y方向上的电压和控制线性频率下反射波的相位；当外部的控制电压为时变周期信号时，通过控制所述下级子超表面单元x和y方向上电压差控制非线性频率下反射波的极化方向，控制x和y方向上的...
【专利技术属性】
技术研发人员：程强，刘伟，戴俊彦，崔铁军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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