[发明专利]一种宽带零交叉极化时空编码数字超表面单元及控制方法

权利要求书

1.一种宽带零交叉极化时空编码数字超表面单元，其特征在于，所述时空编码数字超表面单元包括：第一衬底、金属地、第二衬底、射频开关、偏置通孔、直流通孔、正电极、负电极、微带传输线、交直隔离器和辐射器；其中，在第一衬底上设置金属地；在金属地上设置第二衬底；在第二衬底的一侧设置射频开关；在第二衬底上设置辐射器；射频开关的正极通过微带传输线连接至辐射器；在第一衬底、金属地和第二衬底上并且位于辐射器下设置有两个打通的偏置通孔，两个偏置通孔关于射频开关流通的方向对称并且位于辐射器的零电场点处；在金属地上设置有两个绝缘通孔，绝缘通孔的直径大于偏置通孔，并且分别与偏置通孔共轴；第一衬底、金属地和第二衬底上并且位于射频开关的负极侧设置有直流通孔，直流通孔的圆心位于射频开关的流通方向上；在第一衬底的下表面位于射频开关的一侧设置有负电极，在第一衬底的下表面的另一侧设置有正电极；正电极通过微带传输线分别经过两个偏置通孔连接至辐射器；负电极通过直流通孔经微带传输线连接至射频开关的负极，射频开关通过直流通孔将金属地连接至辐射器上；在第一衬底的下表面设置交直隔离器，交直隔离器的一端位于第一衬底的下表面中心，并且连接微带传输线；射频开关流通的方向位于第二衬底上表面的中轴线上，辐射器关于射频开关流通的方向对称，辐射器的边缘具有多个关于射频开关流通的方向对称的微调谐片，在辐射器的中心具有关于射频开关流通的方向对称的微调谐孔，从而增加电流路径即增加等效电尺寸；当极化方向沿着射频开关导通方向的线极化入射波，照射到时空编码数字超表面单元上，正电极和负电极不加电压时，射频开关关断，等效于电阻、电容和电感串联，辐射器与金属地不连通，辐射器的两侧分别等效为理想磁壁，此时会出现最大电场强度，并出现一系列谐振点，以第一个谐振点作为关断模式的谐振点；正电极和负电极加电压时，射频开关导通，等效于电阻、电容和电感串联，辐射器与金属地连通，在直流通孔处出现零电场，辐射器的两侧分别等效为理想电场壁和理想电磁壁，出现一系列谐振点，由于辐射器具有微调谐片和微调谐孔，增大了电流路径，单元的等效波长增大，因此导致此时的第一个谐振点远离关断模式的谐振点，第二个谐振点靠近关断模式的谐振点，以第二个谐振点作为导通模式的谐振点；辐射器具有微调谐孔和微调谐片，有效增加了电流路径，即增大了单元电尺寸，进一步减少了单元间距，因此增加了斜入射性能；通过优化微调谐孔和微调谐片的尺寸，使得关断模式的谐振点和导通模式的谐振点接近，从而使得关断模式和导通模式的电场分布在目标频率附近保持一致，以获得两种模式之间稳定的相位差，使时空编码数字超表面单元能够工作于宽频带的1比特180°的反射相位的调控；交直隔离器提供一个等效短路微带传输线，以阻塞射频信号。

2.如权利要求1所述的时空编码数字超表面单元，其特征在于，所述交直隔离器的材料采用金属。

3.如权利要求1所述的时空编码数字超表面单元，其特征在于，所述交直隔离器的形状为扇形，扇形的顶点位于第一衬底的下表面的中心。

4.如权利要求1所述的时空编码数字超表面单元，其特征在于，所述射频开关采用PIN二极管。

5.如权利要求1所述的时空编码数字超表面单元，其特征在于，在偏置通孔和直流通孔的内侧壁均覆金属。

6.如权利要求1所述的时空编码数字超表面单元，其特征在于，所述第一衬底和第二衬底的长和宽均不大于目标频率所对应的波长的一半。

7.如权利要求1所述的时空编码数字超表面单元，其特征在于，所述第一衬底和第二衬底采用电介质材料，介电常数为1.5～22。

8.如权利要求1所述的时空编码数字超表面单元，其特征在于，所述第二衬底的厚度小于目标频率所对应的波长的五分之一，第一衬底的厚度为小于目标频率所对应的波长的五分之一。