数字编码频率可重构的超表面吸波体的制作方法

本发明属于电磁材料领域，具体涉及一种数字编码频率可重构的超表面吸波体。

背景技术：

电磁超表面属于二维形式的电磁超材料，是一种新型人工电磁材料。相较于传统吸波材料，其简单的结构，轻薄，便于调控的特点使其在吸波领域得到了快速发展。特别是数字电磁超材料，它将阵列单元的状态与数字编码相对应，独立调控单元的状态并组合出不同编码顺序可以实现不同的功能，使得“模拟”领域的电磁材料与“数字编码”结合在一起。

现在已有的数字编码超材料，其功能主要是面向反射、透射的波束控制。目前暂未见数字编码频率可重构的超表面吸波体。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够实现数字编码频率可重构，而且易于加工、成本低廉的数字编码频率可重构的超表面吸波体。

本发明提供的这种数字编码频率可重构的超表面吸波体，包括若干个吸波单元；通过对每一个单独的吸波单元注入偏置电流，实现每一个吸波单元的编码，从而实现超表面吸波体的数字编码频率重构。

所述的数字编码频率可重构的超表面吸波体，包括底板、蜂窝层和介质层；底板上设置有蜂窝层；蜂窝层用于将介质层与底板隔开，并支撑介质层；蜂窝层上设置有介质层；介质层的上表面为数字编码频率可重构的超表面吸波体的表面，介质层的下表面上设置有若干导电体和若干pin开关二极管；pin开关二极管连接在导电体之间；通过在导电体上注入电流，从而在pin开关二极管上产生偏置电流，保证pin开关二极管呈现不同的电阻状态；每一个pin开关二极管及其所连接的导电体组成一个吸波单元。

所述的数字编码频率可重构的超表面吸波体，包括金属底板、蜂窝层和介质层；金属底板上设置有蜂窝层；蜂窝层用于将介质层与金属底板绝缘并隔开，同时支撑介质层；蜂窝层上设置有介质层；介质层的上表面为数字编码频率可重构的超表面吸波体的表面；介质层的下表面上印制有若干条平行的偏置线；在介质层的下表面上，对应相邻两条偏置线之间的区域，沿偏置线的长度方向均匀地印制有若干个pin开关二极管，每一个pin开关二极管的两端均通过印制的矩形导电片与偏置线连接；矩形导电片和偏置线构成所述导电体；通过在偏置线上注入电流，从而在pin开关二极管上产生偏置电流，保证pin开关二极管呈现不同的电阻状态；每一个pin开关二极管、其所连接的矩形导电片和对应段的偏置线组成一个吸波单元。

所述的介质层为fr4介质板；所述的导电体通过印制电路板的方式印制在介质层的下表面上。

所述的蜂窝层厚度为2.5mm；介质层厚度为0.8mm。

所述的吸波单元包括底板、蜂窝层和介质层；底板上设置有蜂窝层；蜂窝层用于将介质层与底板隔开，并支撑介质层；蜂窝层上设置有介质层；介质层的上表面为吸波单元的上表面，介质层的下表面上设置有若干导电体和若干pin开关二极管；pin开关二极管连接在导电体之间；通过在导电体上注入电流，从而在pin开关二极管上产生偏置电流，保证pin开关二极管呈现阻抗状态；若干个吸波单元彼此连接在一起，组成所述的数字编码频率可重构的超表面吸波体。

所述的吸波单元包括金属底板、蜂窝层和介质层；金属底板上设置有蜂窝层；蜂窝层用于将介质层与底板绝缘并隔开，同时支撑介质层；蜂窝层上设置有介质层；介质层的上表面为吸波单元的上表面，介质层的下表面上印制有第一导电偏置线、第二导电偏置线、第一矩形导电片、第二矩形导电片和pin开关二极管；第一导电偏置线与第二导电偏置线平行印制；第一矩形导电片与第一导电偏置线连接，第二矩形导电片与第二导电偏置线连接，第一矩形导电片和第二矩形导电片之间连接有pin开关二极管；第一导电偏置线、第二导电偏置线、第一矩形导电片和第二矩形导电片构成导电体；通过在第一导电偏置线和第二导电偏置线上注入电流，从而在pin开关二极管上产生偏置电流，保证pin开关二极管呈现阻抗状态；若干个吸波单元彼此连接在一起，组成所述的数字编码频率可重构的超表面吸波体。

每一个吸波单元的长为3mm，宽为3mm；第一导电偏置线的长度为3mm，宽度为0.1mm；第二导电偏置线的长度为3mm，宽度为0.1mm；第一矩形导电片的长度为2mm，宽度为1.9mm；第二矩形导电片的长度为2mm，宽度为1.9mm；第一矩形导电片和第二矩形导电片之间间隔1mm。

所述的介质层为fr4介质板；所述的导电体通过印制电路板的方式印制在介质层的下表面上。

所述的蜂窝层厚度为2.5mm；介质层厚度为0.8mm。

本发明提供的这种数字编码频率可重构的超表面吸波体，通过在介质层单元加载有源器件pin开关二极管来实现对单元的编码，这使得同一块吸波体就可以实现多个吸波状态，数字编码频率可重构，而且易于设计，易于调控，易于加工，成本低廉。

附图说明

图1为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第一实施例的整体结构示意图。

图2为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第一实施例的整体结构俯视示意图。

图3为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第二实施例的吸波单元的结构示意图。

图4为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第二实施例的吸波单元的俯视尺寸示意图。

图5为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第二实施例的吸波单元在不同导通状态所对应的反射率随频率变化曲线示意图。

图6为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的具体实施例的结构示意图。

图7为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的具体实施例在不同导通状态所对应的吸波体表面反射率曲线示意图。

具体实施方式

本发明提供的这种数字编码频率可重构的超表面吸波体，包括若干个吸波单元；通过对每一个单独的吸波单元注入偏置电流，实现每一个吸波单元的编码，从而实现超表面吸波体的数字编码频率重构。

具体的，数字编码频率可重构的超表面吸波体，包括底板、蜂窝层和介质层；底板上设置有蜂窝层；蜂窝层用于将介质层与底板隔开，并支撑介质层；蜂窝层上设置有介质层；介质层的上表面为数字编码频率可重构的超表面吸波体的表面，介质层的下表面上设置有若干导电体和若干pin开关二极管；pin开关二极管连接在导电体之间；通过在导电体上注入电流，从而在pin开关二极管上产生偏置电流，保证pin开关二极管呈现不同的电阻状态；每一个pin开关二极管及其所连接的导电体组成一个吸波单元。

如图1所示为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第一实施例的整体结构示意图：数字编码频率可重构的超表面吸波体，包括金属底板(图中最下层黑色部分)、蜂窝层(中间透明层)和介质层(上层透明层)；金属底板上设置有蜂窝层；蜂窝层用于将介质层与金属底板绝缘并隔开，同时支撑介质层；蜂窝层上设置有介质层；介质层的上表面为数字编码频率可重构的超表面吸波体的表面；介质层的下表面上印制有若干条平行的偏置线；在介质层的下表面上，对应相邻两条偏置线之间的区域，沿偏置线的长度方向均匀地印制有若干个pin开关二极管，每一个pin开关二极管的两端均通过印制的矩形导电片与偏置线连接；矩形导电片和偏置线构成所述导电体；通过在偏置线上注入电流，从而在pin开关二极管上产生偏置电流，保证pin开关二极管呈现不同的电阻状态；每一个pin开关二极管、其所连接的矩形导电片和对应段的偏置线组成一个吸波单元。

在该实施例中，为了能够方便地注入偏置电流，每一横排的所有单元的控制是同时的：因为每一横排的所有单元，单元两端的偏置电流均是相同的。

如图1所示的第一实施例中，介质层为一块整体的介质板，在介质板的下表面通过印制电路板的方式印制了偏置线、矩形导电片和pin开关二极管；同时，该吸波体实际上包含8*8共64个吸波单元。

图2为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第一实施例的整体结构俯视示意图：通过在一共9根偏置线上注入电流i1～i8，从而保证各个pin开关二极管处于阻抗状态。

同时，设定不同的导通电阻对应不同的编码：导通电阻接近0的状态视为编码“0”，导通电阻较大的状态视为编码“1”；一个单元的编码“1”唯一对应一个导通电阻，不同单元的编码“1”对应的导通电阻可以不同，所有单元的编码“0”对应的导通电阻相同(均接近于0)。

通过给每个单元外加特定的偏置电流来为其编码，并排列组合出多个编码状态，不同编码顺序的吸波体表面有着不同的谐振频率，当编码顺序随着外接偏置的变化而变化时，该吸波体表面表现出吸波频率的可重构特性，即实现吸波体谐振频率的重构。

具体实施时，介质层为fr4介质板；导电体通过印制电路板的方式印制在介质层的下表面上；蜂窝层厚度为2.5mm；介质层厚度为0.8mm；在实验室条件下，蜂窝层直接摆放在金属底板上，介质层同样直接摆放在蜂窝层上即可；同时，蜂窝层也可以直接粘接在金属底板上，介质层也直接粘接在蜂窝层上。

作为另一种实施方式：

吸波单元包括底板、蜂窝层和介质层；底板上设置有蜂窝层；蜂窝层用于将介质层与底板隔开，并支撑介质层；蜂窝层上设置有介质层；介质层的上表面为吸波单元的上表面，介质层的下表面上设置有若干导电体和若干pin开关二极管；pin开关二极管连接在导电体之间；通过在导电体上注入电流，从而在pin开关二极管上产生偏置电流，保证pin开关二极管呈现阻抗状态；若干个吸波单元彼此连接在一起，组成所述的数字编码频率可重构的超表面吸波体。

如图3所示为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第二实施例的吸波单元的结构示意图：吸波单元包括金属底板、蜂窝层和介质层；金属底板上设置有蜂窝层；蜂窝层用于将介质层与底板绝缘并隔开，同时支撑介质层；蜂窝层上设置有介质层；介质层的上表面为吸波单元的上表面，介质层的下表面上印制有第一导电偏置线、第二导电偏置线、第一矩形导电片、第二矩形导电片和pin开关二极管；第一导电偏置线与第二导电偏置线平行印制；第一矩形导电片与第一导电偏置线连接，第二矩形导电片与第二导电偏置线连接，第一矩形导电片和第二矩形导电片之间连接有pin开关二极管；第一导电偏置线、第二导电偏置线、第一矩形导电片和第二矩形导电片构成导电体；通过在第一导电偏置线和第二导电偏置线上注入电流，从而在pin开关二极管上产生偏置电流，保证pin开关二极管呈现阻抗状态；若干个吸波单元彼此连接在一起，组成所述的数字编码频率可重构的超表面吸波体。

如图4所示为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第二实施例的吸波单元的俯视尺寸示意图：每一个吸波单元的长为3mm，宽为3mm；第一导电偏置线的长度为3mm，宽度为0.1mm；第二导电偏置线的长度为3mm，宽度为0.1mm；第一矩形导电片的长度为2mm，宽度为1.9mm；第二矩形导电片的长度为2mm，宽度为1.9mm；第一矩形导电片和第二矩形导电片之间间隔1mm。

同时，介质层为fr4介质板；导电体通过印制电路板的方式印制在介质层的下表面上。蜂窝层厚度为2.5mm；介质层厚度为0.8mm。

如图5所示为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的第二实施例的吸波单元在不同导通状态所对应的反射率随频率变化曲线示意图：当导通电阻为3ohm时，吸波单元表面对入射电磁波表现为全反射；当导通电阻为400ohm时，吸波单元表面在9～13.5ghz内的反射率低于-10db。

在实验室条件下，各个吸波单元彼此紧密排布，并直接放置即可。但是为了牢固，各个吸波单元可以彼此粘接。相邻吸波单元之间的偏置线要求短接：相邻吸波单元之间的偏置线短接时，此时该实施例在本质上与第一实施例相同。

如图6所示为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的具体实施例的结构示意图：在该具体实施例中，将四个吸波单元排成一列并组合后，形成吸波体。图6展示了四单元组合的各单元编码状态与导通电阻的对应关系，其中一个单元的编码状态“1”对应的pin开关二极管导通电阻是1200ohm。

如图7所示为本发明的数字编码频率可重构的超表面吸波体的具体实施例在不同导通状态所对应的吸波体表面反射率曲线示意图：图7(a)～图7(f)展示了通过在偏置线上注入电流，从而使得每个单元具备不同编码顺序的吸波体表面在2-14ghz的反射率情况。其中第一个单元，阻抗为3ohm时为0，阻抗为1200ohm时为1；第二个单元～第四个单元，阻抗为3ohm时为0，阻抗为400ohm时为1；其中编码顺序为“0000”时，在该频率范围内接近全反射。从图7(b)到图7(f)可以看出随着编码顺序的变化，吸波体表面的谐振频率逐渐升高。这意味着可以通过改变吸波单元的编码顺序来实现吸波体的频率可重构特性。