[发明专利]一种双波束反射编码超表面

说明书

本发明涉及一种双波束反射编码超表面，其特征在于：包括在工作频点相位响应由高到低依次相差接近45°的八种超表面单元，所述八种超表面单元按照一定的编码序列排列，用于实现在入射波垂直入射时，反射波束有两束，其方位角分别为和每种超表面均包括三层结构，从上至下为上层金属图案、中间介质层和下层金属板。本发明具有结构简单、厚度较薄、设计巧妙灵活、制作成本低、加工简单等特点。其在通信等领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料领域，涉及一种双波束反射编码超表面。

背景技术

新型人工电磁材料，即电磁超材料，是将具有特定几何形状的宏观基本单元周期或非周期性地排列，或者植入基体材料内部或表面所构成的一种人工材料。超表面是超材料的二维模式，由于其具有厚度薄、质量小、易于制造等优点，被学者们广泛关注。人们利用其独特的电磁特性已经实现异常反射、极化转化、全息等多种特殊功能。

2014年，崔铁军教授课题组提出编码超表面的概念，采用数字编码的方式对电磁波实现调控。1-bit编码超表面由两种反射相位差为180°的单元结构组成，分别用数字态“0”和“1”表示，通过对“0”和“1”的编码序列设计，可实现对入射电磁波的调控。编码超表面的概念可以推广到2-bit以及更高比特。编码超表面的编码序列有很多丰富的组合，因此在调控电磁波的特性上也是千变万化。

双波束天线在电子对抗、卫星通信、多目标雷达系统等领域具有广泛的应用前景。传统的双波束天线主要有三种基本形式，包括透镜式、反射面式和相控阵式，但存在设计成本高、结构复杂等缺点。

目前，国内外基于编码超表面对双波束的研究相对比较少，因此基于编码超表面设计双波束反射具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服传统实现双波束方法的复杂性，从编码超表面的角度出发，设计双波束反射，提供一种双波束反射编码超表面。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双波束反射编码超表面，包括在工作频点相位响应由高到低依次相差接近45°的八种超表面单元，所述八种超表面单元按照一定的编码序列排列，用于实现在入射波垂直入射时，反射波束有两束，其方位角分别为和每种超表面均包括三层结构，从上至下为上层金属图案、中间介质层和下层金属板。

进一步，所述八种超表面单元，分别对应数字态“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”。其在28GHz处的反射相位分别为：-195°、-241°、-289°、-333°、-375°、-421°、-469°和-513°。

进一步，所述八种超表面单元上层金属图案的尺寸分别为0.3mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、0.3mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm。。

进一步，所述上层金属图案材料为铜，厚度为0.018mm。

进一步，所述中间介质层材料为F4B，介电常数ε_r＝2.65，损耗正切角tanδ＝0.001，厚度为1.5mm。

进一步，所述下层金属板的材料为铜，厚度为0.018mm。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明设计采用的超表面单元结构，设计简单，只需调节一个几何参数，即可在工作频点实现8种超表面单元的相位响应从高到低相位差基本保持在45°。

(2)本发明采用离散的单元编码形式设计超表面，具有设计灵活简单的优势。

(3)本发明所设计的双波束编码超表面，可用常规的印刷电路板工艺，加工方便，易于实现。