[发明专利]用于人工神经网络拟合算法的高增益电磁超表面单元

说明书

本发明公开了一种用于人工神经网络拟合算法的高增益电磁超表面单元，在介质基板上设有金属层，金属层结构为：具有方形框，在方形框内部相对的两边分别具有结构相同的第一长枝节和第二长枝节，第一长枝节和第二长枝节都为方形且对称设置；在方形框内部相对的另外两边分别具有结构相同的第一短枝节和第二短枝节，第一短枝节和第二短枝节都为方形且对称设置；第一长枝节和第二长枝节之间的距离短于第一短枝节和第二短枝节的距离；若干个具有金属层的介质基板堆叠且每个具有金属层的介质基板之间具有一定间距。本发明电磁表面经过人工神经网络算法拟合后实现降低相位到尺寸变换过程中的误差，提高天线的增益，降低天线的副瓣的效果。

技术领域

本发明涉及电磁超表面结构领域，特别是一种用于人工神经网络拟合算法的高增益电磁超表面单元。

背景技术

新型人工电磁材料是由一系列具有特定结构的亚波长单元以周期或者非周期的方式构成，不同单元结构和不同空间排列方式决定了电磁材料的物理特性。人工电磁表面作为二维形式的人工电磁材料能够通过调控电磁波的幅度、相位、极化方式或者传播模式来实现对波束的控制，具有结构简单，损耗较小等优势。近年来随着电子技术的高速发展，5G技术的逐渐商用，人们对天线性能的要求越来越高，人工电磁表面的提出一方面丰富了天线的类型，另一方面，也为突破传统天线性能的瓶颈提供了新的思路。

人工电磁表面可以改变馈源天线的方向图，将天线放置在距离人工电磁表面一定距离的位置组成一套完整的天线系统，天线系统可以对照射到人工电磁表面的电磁波进行控制，实现波束优化，聚焦甚至极化控制。人工电磁表面主要有两种方式，一种是反射型人工电磁表面，另一种是透射型人工电磁表面，这两种人工电磁表面虽然结构相似，但是在原理和设计难度方面有着比较大的差别。人工电磁表面主要充当的是改变相位的作用，只不过一种是将电磁波反射回来产生特定的波形，另一种是将电磁波透过电磁表面产生所需要的波形，这两种在学术界都有广泛的研究。可以把反射型人工电磁表面当作反射面天线的平面化变形，透射型人工电磁表面当作透镜天线的平面化变形，这两种形式的人工电磁表面各有优略，首先对于反射型人工电磁表面来说，在设计单元的时候只需要考虑单元的移相特性，因为表面底部是金属板可以完全反射电磁波，这大大降低了单元的设计难度，如果单元的频率和天线系统的操作频率不匹配，对于天线性能的影响很小，即使是最糟糕的情况反射波也和原来的馈源天线具有相似的波束形状。但是反射型人工电磁表面的缺点是会由于馈源遮挡影响天线性能。透射型人工电磁表面从根本上解决了这个问题，因为电磁波是透过单元形成波束，因此从根本上解决了馈源遮挡的问题。但是透射型人工电磁表面的主要问题就是单元本身的厚度相比于反射型单元要厚，另一方面在设计的时候要额外考虑透射幅度的影响，因为即使单元的相位变化满足要求，如果透射幅度不达标的话同样会影响整个天线系统的功能，如果单元的频率和天线系统的工作频率不匹配的话，入射的电磁波将全部反射回来，导致无法通过电磁表面，这也是透射型人工电磁表面单元相比于反射型人工电磁表面单元在设计难度上更高的原因。

现阶段的拟合方法是通过将单元的相位和尺寸变化曲线数据提取出来，然后基于传统拟合算法进行拟合计算，并且计算出相位和尺寸的近似拟合表达式，然后根据相位补偿理论计算出人工电磁表面各个位置的相位分布进而求出每个单元的尺寸分布，但是由于拟合表达式和真实的相位尺寸曲线之间的误差较大导致最终形成的人工电磁表面产生的波束增益较低，副瓣较高，导致最终天线的性能不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于人工神经网络拟合算法的高增益电磁超表面单元，降低相位到尺寸变换过程中的误差，提高天线的增益，降低天线的副瓣。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：