【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁波，更具体地说，是涉及一种可调谐的超材料结构及无线通信系统。
技术介绍
1、随着无线通信行业的发展，5g目前已经广泛应用在各个领域，其中关键的性能指标数据速率、可靠性、延迟和频谱效率相较传统4g已经有很大提升。由于元宇宙和全息视频等新型应用对数据速率的要求更高，然而，现有的5g物理层技术在实现6g的指标方面存在一些限制。例如，大规模mimo需要大量的天线和有源射频链路，导致高能耗和高硬件成本。为了实现6g的目标，需要开发新的技术和解决方案。这可能包括更高效的mimo技术、更好的信号处理算法、更智能的信道管理和调度方法，以及更强大的天线设计，这就导致硬件成本和能耗高。
2、频率选择表面(frequency selective surface,fss)是一种二维周期阵列结构,就其本质而言是一个空间滤波器,与电磁波相互作用表现出明显的带通或带阻的滤波特性。频率选择表面包括有源频率选择表面(active frequency selective surface,afss)和无源频率选择表面。有源频率选择表面是在频率选择表面结构上添加了可调谐透波元件(如变容二极管)的一种结构。在高干扰环境下，afss可以通过调整频率选择属性来屏蔽干扰信号，提高通信质量。与无源频率选择表面相比，afss可以通过控制变容二极管的电压和电流实现带内信号保密、增加信道容量和提升性能稳定性。将afss嵌入雷达天线罩设计可以提高作战武器装备的隐身性能和通信质量，在复杂的电磁环境中降低天线的工作带宽限制并增加功能多样性。但是目前的有源频率选
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的在于提供一种可调谐的超材料结构及无线通信系统，以解决现有技术中存在的有源频率选择表面频率调控范围较小的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种可调谐的超材料结构，包括直流电源以及多个沿第一方向依次排列的超材料单元，所述超材料单元具有围绕所述第一方向设置的参考面，所述参考面上设置有绕所述第一方向延伸的螺旋带条，所述螺旋带条上设置有变容二极管，所述直流电源用于为所述变容二极管提供偏置电压，相邻两个所述超材料单元的所述螺旋带条相互连接。
3、可选地，所述参考面包括依次首尾相接的第一参考平面、第二参考平面和第三参考平面，所述第一参考平面、所述第二参考平面和所述第三参考平面均与所述第一方向平行；所述螺旋带条包括依次连接的第一带条、第二带条和第三带条，所述第一带条位于所述第一参考平面，所述第二带条位于所述第二参考平面，所述第三带条位于所述第三参考平面。
4、可选地，所述第一带条包括相互折弯连接的第一枝节和第二枝节，还包括第三枝节，所述第三枝节与所述第一枝节的首端在所述第一方向上间隔设置，所述第二枝节、所述第二带条、所述第三带条和所述第三枝节依次连接，所述第三枝节的远离所述第三带条一端用于与相邻所述超材料单元的所述第一枝节连接。
5、可选地，所述第一枝节沿垂直于所述第一方向的方向延伸，所述第二枝节沿所述第一方向延伸，所述第三枝节沿所述第一方向延伸；所述第二带条和所述第三带条均沿垂直于所述第一方向的方向延伸。
6、可选地，所述超材料单元还包括第四枝节和第五枝节，所述第四枝节的两端分别连接所述第一枝节的首端和所述第三枝节的首端，所述第五枝节的两端分别连接所述第二枝节的尾端和相邻所述超材料单元的所述第二枝节的尾端，使所述第一带条呈u形设置；所述第一枝节上设置有所述变容二极管，所述第二带条或所述第三带条上设置有所述变容二极管，所述第四枝节和所述第五枝节上均设置有电阻。
7、可选地，相邻两个所述超材料单元的所述第三枝节和所述第四枝节相互连接形成第一电源线，相邻两个所述超材料单元的所述第二枝节和所述第五枝节相互连接形成第二电源线；所述直流电源的正负极分别与所述第一电源线和所述第二电源线连接。
8、可选地，所述超材料结构还包括三个介质板，三个所述介质板围绕所述第一方向依次首尾连接形成三棱空间，所述第一参考平面、所述第二参考平面和所述第三参考平面分别位于三个所述介质板上，且所述第一参考平面、所述第二参考平面和所述第三参考平面均位于所述介质板的背向所述三棱空间一侧。
9、可选地，沿所述第一方向依次排列的多个超材料单元组成单元组，所述超材料结构包括多个沿第二方向依次排列的所述单元组，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
10、可选地，所述变容二极管的调节范围为0.54pf-6.6pf，所述超材料结构的阻带调节范围为0.73ghz-2.42ghz。
11、本专利技术还提供一种无线通信系统，包括上述的可调谐的超材料结构。
12、本专利技术提供的可调谐的超材料结构及无线通信系统的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术可调谐的超材料结构包括直流电源和多个沿第一方向依次排列的超材料单元。超材料单元包括围绕第一方向设置的参考面以及设置在参考面上的螺旋带条，螺旋带条上设置有变容二极管。如此，使得该超材料单元类似于电感器，当多个超材料单元叠加时，会相应产生螺旋电流，螺旋电流对应产生的磁场会穿过超材料单元内部，引起电动势，超材料单元之间互耦产生电感。变容二极管的电容变化范围是有限的，但是超材料单元之间会互耦产生电感，变容二极管的电容变化会相应引起电感变化，当超材料单元数量足够多时，可以实现在限定电容范围内的最大频率调节。
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1.一种可调谐的超材料结构，其特征在于：包括直流电源以及多个沿第一方向依次排列的超材料单元，所述超材料单元具有围绕所述第一方向设置的参考面，所述参考面上设置有绕所述第一方向延伸的螺旋带条，所述螺旋带条上设置有变容二极管，所述直流电源用于为所述变容二极管提供偏置电压，相邻两个所述超材料单元的所述螺旋带条相互连接。
2.如权利要求1所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述参考面包括依次首尾相接的第一参考平面、第二参考平面和第三参考平面，所述第一参考平面、所述第二参考平面和所述第三参考平面均与所述第一方向平行；所述螺旋带条包括依次连接的第一带条、第二带条和第三带条，所述第一带条位于所述第一参考平面，所述第二带条位于所述第二参考平面，所述第三带条位于所述第三参考平面。
3.如权利要求2所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述第一带条包括相互折弯连接的第一枝节和第二枝节，还包括第三枝节，所述第三枝节与所述第一枝节的首端在所述第一方向上间隔设置，所述第二枝节、所述第二带条、所述第三带条和所述第三枝节依次连接，所述第三枝节的远离所述第三带条一端用于与相邻所述超材料单
4.如权利要求3所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述第一枝节沿垂直于所述第一方向的方向延伸，所述第二枝节沿所述第一方向延伸，所述第三枝节沿所述第一方向延伸；所述第二带条和所述第三带条均沿垂直于所述第一方向的方向延伸。
5.如权利要求3所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述超材料单元还包括第四枝节和第五枝节，所述第四枝节的两端分别连接所述第一枝节的首端和所述第三枝节的首端，所述第五枝节的两端分别连接所述第二枝节的尾端和相邻所述超材料单元的所述第二枝节的尾端，使所述第一带条呈U形设置；所述第一枝节上设置有所述变容二极管，所述第二带条或所述第三带条上设置有所述变容二极管，所述第四枝节和所述第五枝节上均设置有电阻。
6.如权利要求5所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：相邻两个所述超材料单元的所述第三枝节和所述第四枝节相互连接形成第一电源线，相邻两个所述超材料单元的所述第二枝节和所述第五枝节相互连接形成第二电源线；所述直流电源的正负极分别与所述第一电源线和所述第二电源线连接。
7.如权利要求2所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述超材料结构还包括三个介质板，三个所述介质板围绕所述第一方向依次首尾连接形成三棱空间，所述第一参考平面、所述第二参考平面和所述第三参考平面分别位于三个所述介质板上，且所述第一参考平面、所述第二参考平面和所述第三参考平面均位于所述介质板的背向所述三棱空间一侧。
8.如权利要求1-7任一项所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：沿所述第一方向依次排列的多个超材料单元组成单元组，所述超材料结构包括多个沿第二方向依次排列的所述单元组，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
9.如权利要求1-7任一项所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述变容二极管的调节范围为0.54PF-6.6PF，所述超材料结构的阻带调节范围为0.73GHz-2.42GHz。
10.无线通信系统，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的可调谐的超材料结构。
...【技术特征摘要】
1.一种可调谐的超材料结构，其特征在于：包括直流电源以及多个沿第一方向依次排列的超材料单元，所述超材料单元具有围绕所述第一方向设置的参考面，所述参考面上设置有绕所述第一方向延伸的螺旋带条，所述螺旋带条上设置有变容二极管，所述直流电源用于为所述变容二极管提供偏置电压，相邻两个所述超材料单元的所述螺旋带条相互连接。
2.如权利要求1所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述参考面包括依次首尾相接的第一参考平面、第二参考平面和第三参考平面，所述第一参考平面、所述第二参考平面和所述第三参考平面均与所述第一方向平行；所述螺旋带条包括依次连接的第一带条、第二带条和第三带条，所述第一带条位于所述第一参考平面，所述第二带条位于所述第二参考平面，所述第三带条位于所述第三参考平面。
3.如权利要求2所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述第一带条包括相互折弯连接的第一枝节和第二枝节，还包括第三枝节，所述第三枝节与所述第一枝节的首端在所述第一方向上间隔设置，所述第二枝节、所述第二带条、所述第三带条和所述第三枝节依次连接，所述第三枝节的远离所述第三带条一端用于与相邻所述超材料单元的所述第一枝节连接。
4.如权利要求3所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述第一枝节沿垂直于所述第一方向的方向延伸，所述第二枝节沿所述第一方向延伸，所述第三枝节沿所述第一方向延伸；所述第二带条和所述第三带条均沿垂直于所述第一方向的方向延伸。
5.如权利要求3所述的可调谐的超材料结构，其特征在于：所述超材料单元还包括第四枝节和第五枝节，所述第四枝节的两端分别连接所述...
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