一种产生调频连续波的超表面制造技术

本发明专利技术公开了一种产生调频连续波的超表面，包括：n*n个基本单元，n列由基本单元组成的列子阵，每个列子阵由超表面的控制链路部分提供相同的周期性的非线性控制电压信号。通过精心设计不同类型的非线性控制电压信号，本发明专利技术中的超表面可以产生多种不同类型的线性和非线性调频连续波；通过改变超表面阵列的初始相位分布，本发明专利技术中的超表面还可以对调频连续波进行波束调控。与传统的调频连续波发生装置相比，本发明专利技术仅通过周期性的非线性控制电压信号实现了调频连续波的产生和波束赋形功能，其原理简单，架构简易，成本低廉，便于集成化，具有广泛的应用前景。广泛的应用前景。广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种产生调频连续波的超表面


[0001]本专利技术属于时域调频波形发生和新型人工电磁材料
，尤其涉及一种产生多种 线性和非线性调频连续波的超表面。

技术介绍

[0002]各类调频信号在脉冲压缩技术中有着广泛的应用，因此调频信号发生器是现代雷达系 统中的非常重要的一个部分。传统的调频信号发生器的核心是压控振荡器(VCO)或直接 数字合成器(DDS)，并且往往还需要一系列外围电路，这导致系统的硬件成本较高、结 构相对复杂。另外，当产生的调频信号需要对外进行辐射时，系统还需要一些天馈设备， 系统的集成度不高。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种产生调频连续波的超表面,它可以产生多种线性和非线性调 频连续波，并且具有实时波束调控功能，可用以解决传统调频连续波发生器系统的硬件成 本较高、结构相对复杂和集成度不高的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0005]一种产生调频连续波的超表面，包括：n*n个基本单元，n列由位于同一列的基本单 元组成的列子阵，每个列子阵由超表面的控制链路部分提供相同的周期性的非线性控制电 压信号；基本单元包含3层：第一层为焊接有两个相同的变容二极管的金属图案层，第二 层为介质基板层，第三层为未刻蚀图案的全金属层；第一层与第三层由贯穿整个基本单元 的金属通孔相连接，两个变容二极管分别由被其跨接的两部分金属贴片进行馈电，而且馈 给它们的控制电压信号是相同的。
[0006]进一步的，基本单元材质为双面敷有铜箔的F4B(聚四氟乙烯玻纤布)介质基材(介 电常数2.2、损耗角正切0.0015)。
[0007]进一步的，超表面的控制链路部分由现场可编程门阵列FPGA、数模转换模块DAC和 放大电路模块组成；该控制链路在最大0～19V范围内产生随时间变化的周期性的任意非 线性控制电压信号。
[0008]进一步的，控制电压信号的电压值在0～19V范围内连续变化时，超表面在2.35～2.7 GHz频段内反射相位连续变化的电磁波，其相位变化范围超过360
°
。
[0009]进一步的，列子阵的第一层金属图案层和第三层全金属层是一体的，同一个列子阵的 所有基本单元共享相同的控制电压信号，不同列子阵的控制电压信号具有相同的形式，但 是它们的电压初始值是不同的。
[0010]本专利技术的一种产生调频连续波的超表面，具有以下优点：
[0011]1、本专利技术设计了一种产生调频连续波的超表面，包括：n*n个基本单元，n列由位于 同一列的基本单元组成的列子阵，每个列子阵由超表面的控制链路部分提供相同的周期性 的非线性控制电压信号。所述基本单元材质为双面敷有铜箔的F4B(聚四氟乙烯玻纤布) 介
质基材(介电常数2.2、损耗角正切0.0015)，单元结构包含3层：第一层为焊接有两 个相同的变容二极管的金属图案层，第二层为介质基板层，第三层为未刻蚀图案的全金属 层。第一层与第三层由贯穿整个单元的金属通孔相连接，两个二极管分别由被其跨接的两 部分金属贴片进行馈电，而且馈给它们的控制电压信号是相同的。其原理简单，架构简易， 成本低廉；
[0012]2、本专利技术所提出的超表面的控制链路部分，链路由现场可编程门阵列FPGA、数模转 换模块DAC和放大电路模块组成；该控制链路在最大0～19V范围内产生随时间变化的周 期性的任意非线性控制电压信号。超表面可以仅依靠构造相应的周期性的非线性控制电压 信号即可产生多种线性和非线性调频连续波，波形的可重构性强，切换便捷；
[0013]3、本专利技术所提出的超表面列子阵，其特征在于，列子阵的第一层金属图案层和第三 层全金属层是一体的，同一个列子阵的所有基本单元共享相同的控制电压信号，不同列子 阵的控制电压信号具有相同的形式，但是它们的电压初始值是不同的。通过改变电压初始 值分布来改变调频连续波波束方向，具有一定的调频连续波波束调控能力；
[0014]4、综上，本专利技术设计的超表面可以产生多种线性和非线性调频连续波，并且具有实 时波束调控功能，可以代替传统调频连续波发生器系统所必需的VCO、DDS以及天馈等组 件，系统更加集成化。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的超表面产生调频连续波和实现波束赋形的示意图；
[0016]图2(a)为本专利技术的超表面产生线性调频连续波所需的非线性反射相位响应图；
[0017]图2(b)为具有图2(a)的非线性反射相位响应的超表面所产生的线性调频连续波 的基带波形示意图，其中基带波形为实际波形与入射频率信号下混频产生的波形；
[0018]图3(a)为本专利技术的超表面产生多项式型非线性调频连续波所需的非线性反射相位 响应图；
[0019]图3(b)为具有图3(a)的非线性反射相位响应的超表面所产生的多项式型非线性 调频连续波的基带波形示意图，其中基带波形为实际波形与入射频率信号下混频产生的波 形；
[0020]图4(a)为本专利技术的超表面产生正弦型非线性调频连续波所需的非线性反射相位响 应图；
[0021]图4(b)为具有图4(a)的非线性反射相位响应的超表面所产生的正弦型非线性调 频连续波的基带波形示意图，其中基带波形为实际波形与入射频率信号下混频产生的波形 图；
[0022]图5(a)为本专利技术中的超表面基本单元的示意图；
[0023]图5(b)为本专利技术中的超表面基本单元在不同控制电压下的反射幅度响应曲线图；
[0024]图5(c)为本专利技术中的超表面基本单元在不同控制电压下的反射相位响应曲线图；
[0025]图5(d)为在2.6GHz工作频率下超表面的实测反射幅度和相位随控制电压变化的曲 线图；
[0026]图5(e)为本专利技术中的超表面的实物图；
[0027]图5(f)为基于超表面的调频连续波系统的架构实物图；
[0028]图6(a)为由本专利技术中的超表面所产生的实测线性调频连续波的十个周期长度的基 带波形图；
[0029]图6(b)为从图6(a)中截取一个周期长度的基带波形图；
[0030]图6(c)为与图6(b)相对应的实测线性调频连续波的基带时
‑
频曲线图；
[0031]图7(a)为由本专利技术中的超表面所产生的理论和实测多项式型非线性调频连续波的 散射方向图；
[0032]图7(b)为由本专利技术中的超表面所产生的理论和实测双正弦型非线性调频连续波的 散射方向图；
[0033]图7(c)为由本专利技术中的超表面所产生的理论和实测“S”型非线性调频连续波的散 射方向图；
[0034]图7(d)为与图7(a)相对应的实测多项式型非线性调频连续波的基带时
‑
频曲线图；
[0035]图7(e)为与图7(b)相对应的实测双正弦型非线性调频连续波的基带时
‑
频曲线图；
[0036]图7(f)为与图7(c)相对应的实测“S”型非线性调频连续波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产生调频连续波的超表面，其特征在于，包括：n*n个基本单元，n列由位于同一列的基本单元组成的列子阵，每个列子阵由超表面的控制链路部分提供相同的周期性的非线性控制电压信号；基本单元包含3层：第一层为焊接有两个相同的变容二极管的金属图案层，第二层为介质基板层，第三层为未刻蚀图案的全金属层；第一层与第三层由贯穿整个基本单元的金属通孔相连接，两个变容二极管分别由被其跨接的两部分金属贴片进行馈电，而且馈给它们的控制电压信号是相同的。2.根据权利要求1所述的产生调频连续波的超表面，其特征在于，所述基本单元材质为双面敷有铜箔的聚四氟乙烯玻纤布介质基材，其中介电常数为2.2，损耗角正切0.0015。3.根据权利要求1所述的产生调频连续波的超表面，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：程强，柯俊臣，戴俊彦，张俊伟，陈展野，陈明正，陆云峰，张磊，王丽，周群焰，李龙，丁金闪，崔铁军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：