[发明专利]一种基于超构表面的任意波形产生器及设置方法

说明书

基于超构表面的任意波形产生器的设置方法，设置同时具有幅度和相位调控能力的超构表面单元，其中，幅度调控依靠调整单元旋转角度而相位调制则依靠改变单元尺寸；利用遗传算法优化超构表面相位及幅度分布，使其在远场形成目标方向图；利用Vivaldi天线照射超构表面，结合表面截获的幅度及相位分布，计算出产生目标远场方向图需要补偿的幅度及相位分布；依据上述步骤，设置出扇形波产生器。分析结果显示器件在9.5‑10.5GHz范围内均能形成很好的扇形远场方向图。

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及基于超构表面的任意波形产生器及设置方法。

背景技术

超构表面(Metasurface，MS)能够对电磁波的相位、幅度和极化等特性的进行灵活调控，同时它具有低损耗、易加工、低成本、结构简单等优点，已经成为超构材料领域 研究的热点和前沿。超构表面实质上是一种二维形式的超材料，它主要是通过在介质表 面上合理地布局一些亚波长结构的准周期单元，从而实现对电磁波的调控。近年来，超 构表面已经被广泛的应用于设置奇异透/反射器、波束分离器、低RCS(radar cross section)表面以及SPP耦合器等。然而，上述超构表面仅实现了对电磁波相位的调制， 忽略了其幅度的调制。对幅度和相位的独立调控，才能实现电磁波的完全调制，从而产 生新的物理现象并诞生新的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于，设置能够独立调控电磁波的超构表面单元，并利用遗传算法对 超表面幅度和相位分布，进而提供一种任意波形产生器的设置和实现方法。

本发明的技术方案是，一种基于超构表面的任意波形产生器的设置方法，所述方法 包括：设置同时具有幅度和相位调控能力的超构表面单元，其中，幅度调控依靠调整单元旋转角度而相位调制则依靠改变单元尺寸；利用遗传算法优化超构表面相位及幅度分布，使其在远场形成目标方向图；利用Vivaldi天线照射超构表面，结合表面截获的幅 度及相位分布，计算出产生目标远场方向图需要补偿的幅度及相位分布；依据上述步骤， 最终设置出扇形波形产生器验证上述方法的有效性。

利用Vivaldi天线照射超构表面，结合表面截获的幅度及相位分布，计算出产生目标远场方向图需要补偿的幅度及相位分布；

依据上述步骤，最终设置出扇形波产生器。

所述的基于超构表面的任意波形产生器，具有能够同时调控幅度和相位的超构表面 单元，包括：表面单元为变形H形结构，变形H形结构指H的两竖成为两个圆弧形，变 形H形的单元为具有上下两个缺口即开口的圆形。

单元中H形的横与y轴(相对竖直线)夹角β从0°-45°变化，单元开口大小(即 单元中央为角心，H形的横与开口处形成的角度)α从87°变化到37°时，反射系数分 量R_xy的幅度从0变化到1，相位覆盖0°到180°范围；β从-45°-0°变化，α依旧从 87°变化到37°，反射系数分量R_xy的幅度从1变化到0，相位覆盖180°到360°范围， 实现了幅度和相位的全覆盖。

所述设置利用遗传算法优化表面幅度和相位分布，包括：

在Matlab中，利用遗传算法，并结合阵列天线方向图乘积定理，计算出平面波条件下产生目标波形所需的幅度(T_a)和相位分布(T_p)

所述方法还包括：利用Vivaldi天线照射超构表面，模拟并计算超构表面截获的幅度(I_a)及相位分布(I_p)，进而得出超构表面需要补偿的幅度(C_a)及相位分布(C_p)； 最终设置出基于超构表面的扇形波束产生器。