[发明专利]一种基于功率放大的数字编码单元及超表面

说明书

本发明涉及一种基于功率放大的数字编码单元及超表面，其中，数字编码单元包括自上而下依次设置的第一金属结构层、第一介质板层、金属地、第二介质板层和第二金属结构层，第一金属结构层和第二金属结构层均包括贴片、第一金属导线、第二金属导线、第三金属导线和第四金属导线，第一金属导线的一端与贴片的边框相连接，其另一端连接至功率放大器的第一端，功率放大器的第二端与第二金属导线连接，功率放大器的第三端与第三金属导线相连接，第四金属导线的一端连接至第一金属导线的两端之间。与现有技术相比，本发明在数字编码单元中设置工作电压可控的功率放大器，利用数字编码方式控制电压，即可实现对传输电磁波能量的任意调制。

技术领域

本发明涉及新型人工电磁材料技术领域，尤其是涉及一种基于功率放大的数字编码单元及超表面。

背景技术

超表面是由亚波长基本单元组成的人工二维结构，在超表面的界面处能够得到发射、反射和散射波的幅度和相位变化。通过控制每个基本单元的幅度和相位响应，超表面能够以多种方式有效地控制电磁波，从而被广泛应用于平面透镜、完全吸收体、成像以及探测领域等。近年来，提出了数字编码元超表面的概念，通过引入数字特征，采用数字编码“0”和“1”来描述单元，以表示相反的相位响应。数字编码超表面提供了一种更简单的控制电磁波的方式。

幅度调制超表面作为控制电磁波的一种重要手段，已经被证实具有控制衍射级强度、调整声辐射图案和光学全息的能力。对于无源的超表面，最常用的调幅方法是改变导电机制，以实现动态波束转向、完全吸收、多功能光子开关。然而，这种无源表面只能对空间电磁波的能量进行减法运算，限制了超表面控制电磁波的应用潜力。

传统对电磁波能量的控制主要集中在衰减调制，缺乏增量调制，增强能量的唯一方法是增加源功率，这种方式增加的能量是有限的，并且需要额外增加馈源的工作负载。目前有研究在超表面中引入放大电路，但其作用主要体现在非互易性上，而忽略了有源放大器的调制特性，并不能真正实现对空间传播波能量的任意调制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于功率放大的数字编码单元及超表面，利用有源放大器，通过控制功率放大器的电压，从而实现空间波幅度的任意调制。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于功率放大的数字编码单元，包括自上而下依次设置的第一金属结构层、第一介质板层、金属地、第二介质板层和第二金属结构层，所述第一金属结构层和第二金属结构层均包括贴片、第一金属导线、第二金属导线、第三金属导线和第四金属导线，所述第一金属导线的一端与贴片的边框相连接，其另一端连接至功率放大器的第一端，所述功率放大器的第二端与第二金属导线连接，所述功率放大器的第三端与第三金属导线相连接，所述第四金属导线的一端连接至第一金属导线的两端之间，所述第一金属结构层的功率放大器还与第一介质板层的顶面相连接，所述第二金属结构层的功率放大器还与第二介质板层的底面相连接。

进一步地，所述功率放大器包括四个工作电压，所述四个工作电压分别对应四个不同幅度的数字编码，所述四个不同幅度的数字编码分别对应四种空间能量幅度。

进一步地，所述四个工作电压包括5V、4.2V、3.8V和3V，对应的四个不同幅度的数字编码依次为“00”、“01”、“10”和“11”，对应的四种空间能量幅度依次为-10dB、0dB、10dB和20dB。

进一步地，所述数字编码单元的周期长度为39～41mm，所述第一介质板层和第二介质板层的厚度均为0.9～1.1mm，所述第一介质板层和第二介质板层采用相同介质，其介电常数为2.45～2.85，损耗角正切为-0.002～0.004。

进一步地，所述数字编码单元的周期长度为40mm，所述第一介质板层和第二介质板层的厚度均为1mm。

进一步地，所述第四金属导线与第一金属导线相互垂直，所述第一金属导线与第三金属导线均平行于第二金属导线。