一种双极化超表面单元以及超表面的制作方法

本申请涉及通讯，特别涉及一种双极化超表面单元以及超表面。

背景技术：

1、可编程超表面概念自提出便得到各界研究人员的深度关注，近些年也产出了非常多的研究成果，但目前绝大部分工作仍集中在低频频段的线极化研究。面对后5g及6g时代的高频无线通信场景，研究具备双极化独立调控功能的毫米波可编程超表面具有非常重要的意义。一方面，双极化独立调控超表面可以利用极化分集和复用技术，支持多通道并行通信任务，有效提升超表面口径利用率和通信系统的容量；另一方面，为了应对更高速率、更大带宽、更大容量的通信需求，具备更丰富频谱资源的毫米波频段也是通信行业开拓发展的必经之路。

2、目前已发表的可编程超表面相关工作中，涉及双极化、毫米波的研究相对较少。其中，部分涉及双极化独立调控的工作基本采用单元配置4个二极管的解决方案，以构造完全对称独立的1-bit状态。该方案存在以下两个主要问题：一、由于元器件价格昂贵，该方案总体成本高；二、在向高频频段演进时，单元尺寸小、结构紧凑，该方案存在直流控制线路数量多、布局布线复杂以及交直流滤波设计难度大等问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种双极化超表面单元以及超表面，旨在实现对双极化电磁波的独立1比特反射相位调制，在有效降低成本的同时，实现高紧凑型和对称性设计，适配高频无线通信应用场景。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种双极化超表面单元，所述双极化超表面单元包括谐振贴片层，所述谐振贴片层包括第一偶极子贴片结构以及第二偶极子贴片结构，所述第一偶极子贴片结构用以对应x极化入射电磁波响应，所述第一偶极子贴片结构沿x轴延伸，包括两段在x轴方向上间隔设置的第一金属贴片以及连接在两段所述第一金属贴片之间的第一有源器件；所述第二偶极子贴片结构用以对应y极化入射电磁波响应，所述第二偶极子贴片结构沿y轴延伸，包括两段在y轴方向上间隔设置的第二金属贴片以及连接在两段所述第二金属贴片之间的第二有源器件；其中，所述第一偶极子贴片结构具有沿x轴方向的第一对称轴，所述第二偶极子贴片结构具有沿y轴方向的第二对称轴，所述第一偶极子贴片结构和所述第二偶极子贴片结构为旋转对称结构，其旋转对称中心为所述第一对称轴和所述第二对称轴的交点。

3、可选地，两段所述第一金属贴片具有沿y轴方向上的对称轴，一段所述第一金属贴片沿其对称轴y轴负方向自结构边缘引出金属条带，并在金属条带的末端设置第一直流控制线过孔，另一段所述第一金属贴片沿其对称轴y轴正方向自结构边缘引出金属条带，并在金属条带的末端设置第一直流接地过孔；

4、两段所述第二金属贴片具有沿x轴方向上的对称轴，一段所述第二金属贴片沿其对称轴x轴正方向自结构边缘引出金属条带，并在金属条带的末端设置第二直流控制线过孔，另一段所述第一金属贴片沿其对称轴x轴负方向自结构边缘引出金属条带，并在金属条带的末端设置第二直流接地过孔；

5、其中，所述第一金属贴片的金属带条和所述第二金属贴片的金属带条为旋转对称结构，其旋转对称中心为所述第一对称轴和所述第二对称轴的交点。

6、可选地，所述第一金属贴片和所述第二金属贴片均为四角为倒角的矩形金属贴片。

7、可选地，所述双极化超表面单元还包括直流控制线路层，所述双极化超表面单元在所述谐振贴片层与所述直流控制线路层之间还依次包括第一介质层、射频地层、第一pp层、滤波层、第二介质层、直流地层以及第二pp层。

8、可选地，所述滤波层包括：

9、第一金属滤波结构，与所述第一直流控制线过孔导接；

10、第二金属滤波结构，与所述第一直流接地过孔导接；

11、第三金属滤波结构，与所述第二直流控制线过孔导接；以及，

12、第四金属滤波结构，与所述第二直流接地过孔导接。

13、可选地，所述第一金属滤波结构、所述第二金属滤波结构、所述第三金属滤波结构以及所述第四金属滤波结构均为扇形结构，且所述第一金属滤波结构、所述第二金属滤波结构、所述第三金属滤波结构以及所述第四金属滤波结构的圆心端分别与所述第一直流控制线过孔、所述第一直流接地过孔、所述第二直流控制线过孔以及所述第二直流接地过孔导接；

14、其中，所述第一金属滤波结构与所述第三金属滤波结构为旋转对称结构，其旋转对称中心为所述第一对称轴和所述第二对称轴的交点；

15、所述第二金属滤波结构与所述第四金属滤波结构为旋转对称结构，其旋转对称中心为所述第一对称轴和所述第二对称轴的交点。

16、可选地，所述射频地层设有四个第一开窗，所述直流地层设有两个第二开窗，所述第一直流接地过孔和所述第二直流接地过孔对应穿过两个所述第一开窗与所述直流地层导接，所述第一直流控制线过孔和所述第二直流控制线过孔对应穿过另外两个所述第一开窗、以及两个所述第二开窗与所述直流控制线路层导接。

17、可选地，所述直流控制线路层包括第一直流控制线路层和第二直流控制线路层，所述双极化超表面单元还包括夹设于所述第一直流控制线路层和所述第二直流控制线路层之间的第三介质层，所述第一直流控制线过孔与所述第一直流控制线路层导接，所述第二直流控制线过孔与所述第二直流控制线路层导接。

18、可选地，所述第一有源器件和所述第二有源器件包括pin二极管。

19、本发明还提供一种超表面，包括多个呈周期性阵列排布的双极化超表面单元，所述双极化超表面单元如上所述的双极化超表面单元。

20、本发明的技术方案中，所述第一偶极子贴片结构和所述第二偶极子贴片结构为旋转对称结构，所述第一偶极子贴片结构用以对应x极化入射电磁波响应，所述第二偶极子贴片结构用以对应y极化入射电磁波响应，所述第一有源器件导通或断开状态，以对应x极化的180度反射相位和0度反射相位，所述第二有源器件导通或断开状态，以对应y极化的180度反射相位和0度反射相位，所述第一有源器件导通或断开状态和所述第二有源器件导通或断开状态之间互不影响，实现双极化独立调控，单元仅需要配置两个有源器件，实现对双极化电磁波的独立1比特反射相位调制，在有效降低成本的同时，实现高紧凑型和对称性设计，适配高频无线通信应用场景。

技术特征：

1.一种双极化超表面单元，其特征在于，所述双极化超表面单元包括谐振贴片层，所述谐振贴片层包括：

2.如权利要求1所述的双极化超表面单元，其特征在于，

3.如权利要求2所述的双极化超表面单元，其特征在于，所述第一金属贴片和所述第二金属贴片均为四角为倒角的矩形金属贴片。

4.如权利要求2所述的双极化超表面单元，其特征在于，所述双极化超表面单元还包括直流控制线路层，所述双极化超表面单元在所述谐振贴片层与所述直流控制线路层之间还依次包括第一介质层、射频地层、第一pp层、滤波层、第二介质层、直流地层以及第二pp层。

5.如权利要求4所述的双极化超表面单元，其特征在于，所述滤波层包括：

6.如权利要求5所述的双极化超表面单元，其特征在于，所述第一金属滤波结构、所述第二金属滤波结构、所述第三金属滤波结构以及所述第四金属滤波结构均为扇形结构，且所述第一金属滤波结构、所述第二金属滤波结构、所述第三金属滤波结构以及所述第四金属滤波结构的圆心端分别与所述第一直流控制线过孔、所述第一直流接地过孔、所述第二直流控制线过孔以及所述第二直流接地过孔导接；

7.如权利要求4所述的双极化超表面单元，其特征在于，所述射频地层设有四个第一开窗，所述直流地层设有两个第二开窗，所述第一直流接地过孔和所述第二直流接地过孔对应穿过两个所述第一开窗与所述直流地层导接，所述第一直流控制线过孔和所述第二直流控制线过孔对应穿过另外两个所述第一开窗、以及两个所述第二开窗与所述直流控制线路层导接。

8.如权利要求7所述的双极化超表面单元，其特征在于，所述直流控制线路层包括第一直流控制线路层和第二直流控制线路层，所述双极化超表面单元还包括夹设于所述第一直流控制线路层和所述第二直流控制线路层之间的第三介质层，所述第一直流控制线过孔与所述第一直流控制线路层导接，所述第二直流控制线过孔与所述第二直流控制线路层导接。

9.如权利要求1至8任意一项所述的双极化超表面单元，其特征在于，所述第一有源器件和所述第二有源器件包括pin二极管。

10.一种超表面，其特征在于，包括多个呈周期性阵列排布的双极化超表面单元，所述双极化超表面单元如权利要求1至9任意一项所述的双极化超表面单元。

技术总结
本发明公开一种双极化超表面单元以及超表面，双极化超表面单元包括谐振贴片层，谐振贴片层包括第一偶极子贴片结构及第二偶极子贴片结构，第一偶极子贴片结构包括两段第一金属贴片及连接在两段第一金属贴片之间的第一有源器件；第二偶极子贴片结构包括两段第二金属贴片及连接在两段第二金属贴片之间的第二有源器件；第一偶极子贴片结构具有沿X轴方向的第一对称轴，第二偶极子贴片结构具有沿Y轴方向的第二对称轴，第一偶极子贴片结构和第二偶极子贴片结构为旋转对称结构，其旋转对称中心为第一对称轴和第二对称轴的交点，实现对双极化电磁波的独立1比特反射相位调制，在有效降低成本同时，实现高紧凑型和对称性设计，适配高频无线通信应用场景。

技术研发人员：张慈磊,朱泓艺,秦一峰,董少华,薛坤
受保护的技术使用者：鹏城实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16