一种准三倍频的双频共口径信息超表面

本发明涉及人工电磁材料，具体涉及一种准三倍频的双频共口径信息超表面。

背景技术：

1、随着全球5g移动信息网络开始商用，6g的研究已经引发了全球各研究机构和通信企业的浓厚兴趣。可重构智能超表面作为一种新型的人工电磁超表面，具有灵活调控电磁波的频率、幅度、相位、极化和传播方向等特性，其低成本、低能耗、轻质量等优点使其成为面向下一代6g无线通信网络的关键使能技术之一。通过对电磁波进行主动调控，可重构智能超表面能够实现精准定位，携能通信，微波成像等功能，为通信、检测、传感、成像和计算机领域提供了巨大机遇。

2、将可重构智能超表面部署在无线传输环境中各类物体的表面，可以突破传统无线信道的不可控性，构建智能无线电环境，会给未来无线网络带来一种全新的范式，并有机会成为基础原始创新取得突破的领域，同时引领全球产业链的成熟和发展。

3、无线通信技术的飞速发展，促使人们对信道容量和多模通信提出了更高的要求。而双频超表面正是一种可行的解决方案。双频超表面在实现需要共口径双频段的系统中起着重要作用，这是传统反射阵列无法实现的。

4、然而，当前的双频超表面大多数为功能单一的超表面，利用缝隙结构，延迟线和层叠结构实现简单的双频功能。现有技术中设计的双频超表面，通过控制延迟线的长度实现双频响应。也有使用一个金属贴片外嵌套一个金属谐振环来实现分别对两个频率进行响应。

5、目前常见的超表面大多数为不可调制超表面，当前也有一些使用pin二极管或者变容二极管等可调器件来实现1-bit双频超表面，少数可调制超表面也多为两个频段使用多个pin管分别调制，但是现有的双频可重构超表面普遍不可重构，带宽窄，灵活性差；同时由多个pin二极管或变容二极管进行调控，提高成本的同时，也会导致控制电路板的设计更加困难。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在的不足，本发明主要解决现有双频可重构智能超表面pin二极管使用数目过多，以及传统双频可重构智能超表面多层冗杂结构的问题。本发明提供一种准三倍频的双频共口径信息超表面。该超表面包括阵列排布的超表面单元，每个超表面单元使用共口径方案，用理论上最少的pin二极管数目实现了双频同调的功能，极大程度上降低了成本。且通过引入交指电容结构，给贴片赋予了更加丰富的调控空间。

2、本发明的目的是提供一种准三倍频的双频共口径信息超表面，包括多个阵列排布的超表面单元；

3、每个所述超表面单元包括金属贴片层；

4、所述金属贴片层包括中间金属贴片以及所述中间金属贴片对称两侧设置的第一金属贴片和第二金属贴片；

5、所述中间金属贴片与所述第一金属贴片交指耦合连接；

6、所述中间金属贴片与所述第二金属贴片通过pin二极管连接。

7、优选的，所述第一金属贴片和第二金属贴片均用于在低频段产生谐振；所述中间金属贴片用于在高频段产生谐振。

8、优选的，每个所述超表面单元还包括从金属贴片层底部依次从上至下叠层设置第一介质层、金属接地层、第二介质层以及金属馈电层；

9、所述中间金属贴片与所述金属馈电层通过第一金属柱连接；所述第二金属贴片与所述金属接地层通过第二金属柱连接。

10、优选的，所述金属馈电层包括馈电扇形贴片以及所述馈电扇形贴片的圆心处依次连接的第一条形贴片和第二条形贴片；

11、所述第一金属柱与所述馈电扇形贴片的圆心处连接。

12、优选的，所述金属馈电层还包括第三条形贴片；

13、每个所述超表面单元中所述金属馈电层的所述第三条形贴片与其相邻的所述超表面单元中所述金属馈电层的所述第二条形贴片连接。

14、优选的，所述第一条形贴片和第二条形贴片垂直设置。

15、优选的，所述第一介质层和所述第二介质层的介电常数均为3.55，损耗正切均为0.003。

16、优选的，每个所述超表面单元通过改变pin二极管开断状态，对应的超表面单元在2个工作状态下切换。

17、优选的，所述超表面中使每个超表面单元后辐射的方向相同，则每个超表面单元均朝主波束方向辐射，且从馈源到主波束方向上等相位面的相位延迟路径均相等。

18、优选的，所述超表面由32×28个超表面单元周期性排布组成，该超表面在11~12.26ghz和25.57~29.5ghz两个频带分别达到谐振。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明提供了一种准三倍频的双频共口径信息超表面，该超表面包括阵列排布的超表面单元，每个超表面单元使用共口径方案，用理论上最少的pin二极管数目实现了双频同调的功能，极大程度上降低了成本。且通过引入交指电容结构，给贴片赋予了更加丰富的调控空间。且该单元相较传统单元，双频跨度更大，达到准三倍频跨度。

21、本发明提出了一种新颖的双频段1-bit的可重构超表面单元，运用了一个pin二极管，同时控制两个频段的180°相位翻转。本发明在单元中创新性的引入交指电容结构，改变了低频时贴片的电长度，从而使得贴片在有限的空间内获得更多的调控空间，使得单元可以达到准三倍频效果。

技术特征：

1.一种准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，包括多个阵列排布的超表面单元；

2.根据权利要求1所述的准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，所述第一金属贴片和第二金属贴片均用于在低频段产生谐振；所述中间金属贴片用于在高频段产生谐振。

3.根据权利要求1所述的准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，每个所述超表面单元还包括从金属贴片层底部依次从上至下叠层设置第一介质层、金属接地层、第二介质层以及金属馈电层；

4.根据权利要求3所述的准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，所述金属馈电层包括馈电扇形贴片以及所述馈电扇形贴片的圆心处依次连接的第一条形贴片和第二条形贴片；

5.根据权利要求4所述的准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，所述金属馈电层还包括第三条形贴片；

6.根据权利要求4所述的准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，所述第一条形贴片和第二条形贴片垂直设置。

7.根据权利要求3所述的准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，所述第一介质层和所述第二介质层的介电常数均为3.55，损耗正切均为0.003。

8.根据权利要求1所述的准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，每个所述超表面单元通过改变pin二极管开断状态，对应的超表面单元在2个工作状态下切换。

9.根据权利要求1所述的准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，所述超表面中使每个超表面单元后辐射的方向相同，则每个超表面单元均朝主波束方向辐射，且从馈源到主波束方向上等相位面的相位延迟路径均相等。

10.根据权利要求1所述的准三倍频的双频共口径信息超表面，其特征在于，所述超表面由32×28个超表面单元周期性排布组成，该超表面在11~12.26ghz和25.57~29.5ghz两个频带分别达到谐振。

技术总结
本发明公开了一种准三倍频的双频共口径信息超表面，涉及人工电磁材料技术领域。该超表面包括多个阵列排布的超表面单元；每个超表面单元包括金属贴片层；金属贴片层包括中间金属贴片以及中间金属贴片对称两侧设置的第一金属贴片和第二金属贴片；中间金属贴片与第一金属贴片交指耦合连接；中间金属贴片与第二金属贴片通过PIN二极管连接。本发明使用共口径方案，用理论上最少的PIN二极管数目实现了双频同调的功能，极大程度上降低了成本。且通过引入交指电容结构，给贴片赋予了更加丰富的调控空间。

技术研发人员：李龙,周桁,夏得校,韩家奇,刘海霞
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16