【技术实现步骤摘要】
本申请涉及超表面，特别是涉及一种基于贴片堆叠的小型化超表面单元及超表面天线。
技术介绍
1、近年来，雷达系统与无线通信系统在微波频段实现飞速发展，移动通信需要低成本高容量通信终端，以扩大通信接入服务的覆盖范围，雷达探测需要低时延与高精度波束调控，进行复杂电磁环境下的目标特征提取。
2、其中，抛物面天线体积庞大，相控阵天线成本高昂，馈电网络复杂，无源平面阵列天线随着结构固定，电磁特性无法改变，只能通过改变馈源与天线的相对位置，实现角度受限的波束扫描。
3、当前，电可调可重构超表面因为其低成本，低时延，灵活波束调控的优势，已成为研究的热点。
4、现有技术中，迄今为止，已经有多种可重构超表面被提出，实现了从可见光频段到太赫兹波的电磁波调控。其中，集成了pin二极管的1位可重构超表面得到了广泛的应用。
5、但是，由于天线的尺寸近似与波长成正比，常规的低频超表面无法在阵列尺寸与阵列单元数目之间实现折衷，这限制了对应波束扫描的精度和角度范围；同时，过大的单元周期会恶化电磁波斜入射条件下，与阵元间距相关的相位误差，使得单元斜入射性能变差。因此，缩小低频可重构超表面天线的尺寸对于移动通信终端、卫星导航模块的集成化、小型化设计意义重大。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于贴片堆叠的小型化超表面单元及超表面天线，能够实现l波段的小型化和便携化。
2、一种基于贴片堆叠的小型化超表面单元，包括：多个依次堆叠的介质层，每
3、最下方的介质板底部设有地板，其它介质板的顶部均设有两个对称间隔设置的辐射贴片，同一介质层的两个辐射贴片之间形成的槽线的长度方向与入射波电场方向垂直。
4、在一个实施例中，包括从上到下依次相叠的：第一介质层、第二介质层、第三介质层以及第四介质层；
5、所述第一介质层包括：第一介质板以及第一辐射贴片；
6、所述第二介质层包括：第二介质板以及第二辐射贴片；
7、所述第三介质层包括：第三介质板以及第三辐射贴片；
8、所述第四介质层包括：第四介质板以及地板；
9、所述第一辐射贴片与所述第二辐射贴片的尺寸相同，且与第三辐射贴片的尺寸不同。
10、在一个实施例中，两个第一辐射贴片之间设有第一槽线，两个第二辐射贴片之间设有第二槽线，两个第三辐射贴片之间设有第三槽线；
11、第一槽线、第二槽线以及第三槽线的尺寸均相同。
12、在一个实施例中，所述第一介质层与所述第二介质层之间、所述第二介质层与所述第三介质层之间以及所述第三介质层与所述第四介质层之间均设有空气层。
13、在一个实施例中，各空气层的厚度从上到下依次增大。
14、在一个实施例中，所述第三介质层还包括：二极管；
15、所述二极管的两端分别与一个第三辐射贴片相连。
16、在一个实施例中，所述第三介质层还包括：四条偏置线；
17、其中两条偏置线设在一个第三辐射贴片的两端且共线，另外两条偏置线设在另一个第三辐射贴片的两端且共线；
18、四条偏置线的方向均与入射波电场方向垂直，且对称设置。
19、在一个实施例中，所述第三介质板采用介电常数值介于10-16范围内的材料制成。
20、一种超表面天线，包括：多个基于贴片堆叠的小型化超表面单元；
21、多个基于贴片堆叠的小型化超表面单元阵列设置。
22、在一个实施例中，不同基于贴片堆叠的小型化超表面单元中二极管的通断状态不同，以实现1bit波束扫描。
23、上述基于贴片堆叠的小型化超表面单元，设计了多个堆叠的介质层，引入容性加载，并采用高介电常数材料设计第三介质板，使得超表面单元等效电容值大幅增加，从而大幅降低有源超表面的谐振频点至l波段，利用谐振特性实现l波段1bit超表面所需的相位差，实现22％的相对带宽，同时大幅缩减单元尺寸至0.1λ；通过设计各辐射贴片，将各辐射贴片沿着各输入模式极化方向放置，能够适应采用不同端口输入模式的线极化天线馈电，有效减小超表面单元尺寸；通过设计pin二极管，进一步实现对应线极化条件下超表面单元的小型化；通过设计偏置线，信号由偏置线输入，偏置线方向垂直电场，从而尽可能减小偏置信号与空馈电磁波之间的干扰，实现小型化超表面单元；通过将偏置线分别设在第三辐射贴片上与入射电场垂直的方向上，由该超表面单元组成的阵列得以在这一方向上通过外部电压调控两侧金属板的电压，从而实现对二极管偏置状态的列调控；本申请解决了低频有源超表面单元尺寸过大、阵列波束扫描效果受限、设计天线不便携的问题，在维持宽带特性的同时，有效地实现了l波段小型化设计，且结构简单、便于加工、尺寸小、剖面低，可以大规模生产。
24、上述超表面天线，设计了阵列的超表面单元，每个超表面单元的第三辐射贴片通过偏置线与相邻的超表面单元相连，以实现列控调控，偏置线便于连接不同的单元，实现阵列偏置的控制，通过控制pin二极管的通断，调控单元相位响应，实现1bit超表面单元在导通与断开两种状态下，在一定带宽内满足180°的相位差，进而同时实现宽阻抗带宽和小型化，使得有源单元在维持宽带宽性能的条件下实现低频小型化设计成为可能；本申请实现了具有宽带特性的l波段1bit小型化超表面单元以及小型化单波束阵列超表面天线，在无人机通信、移动通信、无线感知等方面具有广阔应用前景，且l波段的小型化能够推进感知设备和通信终端的进一步革命，意义重大。
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1.一种基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，包括：多个依次堆叠的介质层，每个介质层均包括一个介质板，所有介质板的边长相等；
2.根据权利要求1所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，包括从上到下依次相叠的：第一介质层、第二介质层、第三介质层以及第四介质层；
3.根据权利要求2所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，两个第一辐射贴片之间设有第一槽线，两个第二辐射贴片之间设有第二槽线，两个第三辐射贴片之间设有第三槽线；
4.根据权利要求2或3所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，所述第一介质层与所述第二介质层之间、所述第二介质层与所述第三介质层之间以及所述第三介质层与所述第四介质层之间均设有空气层。
5.根据权利要求4所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，各空气层的厚度从上到下依次增大。
6.根据权利要求2或3所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，所述第三介质层还包括：二极管；
7.根据权利要求6所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，所述
8.根据权利要求7所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，所述第三介质板采用介电常数值介于10-16范围内的材料制成。
9.一种超表面天线，其特征在于，包括：多个权利要求1至8任一项所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元；
10.根据权利要求9所述的超表面天线，其特征在于，不同基于贴片堆叠的小型化超表面单元中二极管的通断状态不同，以实现1bit波束扫描。
...【技术特征摘要】
1.一种基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，包括：多个依次堆叠的介质层，每个介质层均包括一个介质板，所有介质板的边长相等；
2.根据权利要求1所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，包括从上到下依次相叠的：第一介质层、第二介质层、第三介质层以及第四介质层；
3.根据权利要求2所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，两个第一辐射贴片之间设有第一槽线，两个第二辐射贴片之间设有第二槽线，两个第三辐射贴片之间设有第三槽线；
4.根据权利要求2或3所述的基于贴片堆叠的小型化超表面单元，其特征在于，所述第一介质层与所述第二介质层之间、所述第二介质层与所述第三介质层之间以及所述第三介质层与所述第四介质层之间均设有空气层。
5.根据权利要求4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：关东方，付昱飞，杨章飙，刘永祥，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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