[发明专利]两比特超材料周期性时序调制方法、超材料及相控阵天线

说明书

本发明涉及两比特超材料周期性时序调制方法、超材料及相控阵天线，对每个两比特数字编码超材料单元进行周期性时序调制，通过控制一个调制周期内各单元通道上允许通过的射频信号的时间比例，实现对该两比特数字编码超材料单元的幅度加权；通过控制一个调制周期各单元通道上通过的射频信号的起始时刻，实现对该两比特数字编码超材料单元的相位加权。两比特数字编码超材料单元包括压控变容二极管，对压控变容二极管施加不同的偏置电压，两比特数字编码超材料单元对入射波呈现出不同的相位响应。该两比特数字编码超材料可作为一种低成本相控阵天线，具有电子波束扫描、电磁隐身以及方向图综合能力，本发明尤其适用于需要低复杂度、结构简洁、低成本的具有波束扫描和跟踪能力的雷达、通信、导航以及电子战系统。

技术领域

本发明涉及天线工程技术领域，具体涉及一种两比特超材料周期性时序调制方法、超材料及相控阵天线。

背景技术

电磁超材料是一类周期性或非周期性亚波长结构阵列，通过设计超材料的人造散射体(超原子)结构以及其排列方式,可以对外加电磁场产生相对应的响应，可以获得天然材料所不具备的超常物理性质，从而具有一系列新颖的电磁调控能力，在雷达天线等系统中有着极大的应用前景。

现有文献中关于电可控超材料与超表面的研究都是通过控制超材料上单元的空域编码分布来实现电子波束扫描、多波束辐射等功能，常用的单元也多为一比特，从而产生诸如相位量化精度低、扫描增益偏低、旁瓣电平值高及扫描精度差等问题，在实际应用中受到极大的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两比特超材料周期性时序调制方法、超材料及相控阵天线，将空域编码与周期性时序调制相结合，提高天线性能。

为了达到上述的目的，本发明提供一种两比特数字编码超材料周期性时序调制方法，对每个两比特数字编码超材料单元进行周期性时序调制，通过控制一个调制周期内各两比特数字编码超材料单元上允许通过的射频信号的时间比例，实现对该两比特数字编码超材料单元的幅度加权；通过控制一个调制周期内各两比特数字编码超材料单元上通过的射频信号的起始时刻，实现对该两比特数字编码超材料单元的相位加权。

上述两比特数字编码超材料周期性时序调制方法，其中，在给定的波束指向及旁瓣电平的约束条件下，通过波束方向图综合方法得到各两比特数字编码超材料单元上应施加的归一化幅度权值和相位权值，设第i个两比特数字编码超材料单元上应施加的幅度权值为A_i，应施加的相位权值为φ_i；在一个调制周期T_p内，允许射频信号通过的时间为A_iT_p；将一个调制周期T_p内允许射频信号通过的时间A_iT_p等分成四份，分别产生0度、90度、180度和270度的相位状态，即设定0度相位状态为初始相位状态，则在一个调制周期T_p内，第i个两比特数字编码超材料单元的初始相位状态的调制时间延时为

上述两比特数字编码超材料周期性时序调制方法，其中，两比特数字编码超材料单元反射或透射过的电磁波的主要能量搬移到第一次谐波分量上。

本发明提供的另一技术方案是一种两比特数字编码超材料，为多个两比特数字编码超材料单元排列成的阵列结构，所述两比特数字编码超材料单元包括压控变容二极管，对压控变容二极管施加不同的偏置电压，两比特数字编码超材料单元对入射波呈现出不同的相位响应；所述两比特数字编码超材料采用上述两比特数字编码超材料周期性时序调制方法。

上述两比特数字编码超材料，其中，两比特数字编码超材料单元对入射波呈现出四种相位响应：0度、90度、180度和270度，分别对应于数码“00”、数码“01”、数码“10”和数码“11”四种编码状态。

本发明提供的又一技术方案是一种两比特数字编码超材料相控阵天线，天线阵列为两比特数字编码超材料，采用上述两比特数字编码超材料周期性时序调制方法实现波束扫描和多波束辐射。