一种幅度平坦的高效智能反射表面制造技术

本发明专利技术公开了一种幅度平坦的高效智能反射表面，由结构相同的多个阵元排列组成；所述阵元包括接收/发射单元、耦合结构、调相电路，接收/发射单元、耦合结构、调相电路依次排布形成层叠结构；所述的接收/发射单元用于将自由空间的电磁波转换为阵元上特定方式分布的电场；所述的耦合结构用于将接收/发射单元上的场转换为导行波传输到调相电路，并用于将来自调相电路的调相后的导行波转换为接收/发射单元上的场；所述的调相电路由若干微带线和有源器件组成，用于将输入的导行波附加额外的相位后输出。本发明专利技术在实现360

【技术实现步骤摘要】
一种幅度平坦的高效智能反射表面


[0001]本专利技术涉及无线通信技术、智能反射表面技术、可重构智能表面
，特别涉及一种幅度平坦的高效智能反射表面。

技术介绍

[0002]传统的反射阵列天线或者相位调制超表面其各个阵元的相位响应是不可调整的，整个阵列的相位排布是固定的，因此只能实现特定的功能。在此基础上有一些基于电磁谐振设计的超表面阵元，在加载可调的器件或结构后，通过人为的控制，可以改变单元的谐振结构，实现可变的相位响应。由于各个状态下的谐振电流幅度不同，导致各种状态下单元的损耗也不相同，具体表现为不同的相位状态下的幅度响应波动剧烈，对整个阵列的性能有较大的影响。
[0003]另有一些基于非谐振结构的相位调制超表面的设计，例如基于几何相位的超表面，但是难以实现可重构。
[0004]综上，当前基于谐振结构的可重构超表面设计在实现大范围调相的同时难以实现高效率的、幅度平坦的响应。

技术实现思路

[0005]为了解决当前的可重构超表面技术中，难以实现大相移范围的相位响应的同时具有较低的幅度响应波动的问题，本专利技术提供了一种一种幅度平坦的高效智能反射表面，该高效智能反射表面可以实现360
°
相位响应同时具有低于1dB的幅度响应波动的、基于非谐振结构。基于实际应用的考量，本专利技术应当对各种电磁波均具有相位控制作用，对多种入射波具有完全独立的相位控制。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种幅度平坦的高效智能反射表面，由结构相同的多个阵元排列组成；所述阵元包括接收/发射单元、耦合结构、调相电路，接收/发射单元、耦合结构、调相电路依次排布形成层叠结构；
[0008]所述的接收/发射单元用于将自由空间的电磁波转换为阵元上特定方式分布的电场，还用于将调相后并经由耦合结构转换后的电场转换为自由空间的电磁波并辐射；
[0009]所述的耦合结构用于将接收/发射单元上的场转换为导行波传输到调相电路，并用于将来自调相电路的调相后的导行波转换为接收/发射单元上的场；
[0010]所述的调相电路由若干微带线和有源器件组成，用于将输入的导行波附加额外的相位后输出，附加的额外相位的大小受外加直流电压的控制。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述接收/发射单元包括贴片和介质、地板，贴片和介质、地板依次布置形成微带天线。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述耦合结构的形式为过孔、探针或缝隙。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述阵元的排布方式为均匀分布的矩形阵、圆形阵、六
边形阵、八边形阵或随机分布的阵列。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述调相电路由若干微带线和有源器件组成，有源器件由金属线电连接用于施加直流偏置电压；调相电路作为前级耦合结构的终端负载，用于在施加直流电压控制的情况下，改变终端阻抗从而实现为导行波的反射波附加不同的额外相位。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述调相电路用于对来自自由空间的电磁波转换后的导行波进行相位调控。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述接收/发射单元为单线极化天线、圆极化天线、椭圆极化天线或它们的任意组合。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述调相电路的相位调整角度最大为360
°
。
[0018]相对于现有技术，本专利技术具有以下技术效果：
[0019]与传统的谐振型可重构超表面阵元结构相比，本专利技术的阵元结构由接收/发射单元、耦合结构、调相电路构成。本专利技术通过设计针对特定电磁波的接收/发射单元，将自由空间电磁波转换为导行波并由外加直流电压控制的调相电路实现相位控制，然后通过接收/发射单元辐射到自由空间中，可以实现对任意自由空间电磁波的相位控制和电磁波极化的变换。本专利技术的相位控制功能主要来自于调相电路的设计而不是对电磁谐振结构本身的设计，因此对应不同的相位状态可以实现平坦的幅度响应，降低阵列单元幅度不均对阵列性能的影响。有望在可重构超表面和智能反射表面的设计中获得广泛的应用。本专利技术基于非谐振原理实现相位控制，可以同时实现大的调相范围并且具有较高的效率、较低的幅度响应波动，提高了应用本专利技术的总体性能。对于多种电磁波入射的情况，本专利技术可以实现对各入射波进行完全独立的相位控制。有望在可重构超表面、智能反射表面、可重构智能表面领域取得重要应用。
附图说明
[0020]图1：本专利技术所述一种幅度平坦的高效智能反射表面的基本结构；
[0021]图2：本专利技术所述一种幅度平坦的高效智能反射表面的一个实施例的结构图；
[0022]图3：实施例的相位响应曲线图；
[0023]图4：实施例的相位响应曲线图；
[0024]图5：实施例在2.6GHz处的幅度响应和相位响应曲线图；
[0025]图6：实施例在x极化方向加载电容值为0.63pF的变容二极管、在y极化方向分别加载电容值为6.3pF、0.8pF、1.8pF和2.67pF的变容二极管时的相位响应曲线图；
[0026]图7：实施例在x极化方向加载电容值为0.8pF的变容二极管、在y极化方向分别加载电容值为6.3pF、0.8pF、1.8pF和2.67pF的变容二极管时的相位响应曲线图；
[0027]图8：实施例在x极化方向加载电容值为1.8pF的变容二极管、在y极化方向分别加载电容值为6.3pF、0.8pF、1.8pF和2.67pF的变容二极管时的相位响应曲线图；
[0028]图9：实施例在x极化方向加载电容值为2.67pF的变容二极管、在y极化方向分别加载电容值为6.3pF、0.8pF、1.8pF和2.67pF的变容二极管时的相位响应曲线图。
具体实施方式
[0029]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0030]如图1所示，本专利技术所述的一种幅度平坦的高效智能反射表面，由结构相同的阵元排列组成。其阵元的特征在于，在外加电压的情况下，可以对入射波进行相位控制，并保持稳定的反射幅度。阵元包括接收/发射单元1、耦合结构2、调相电路3，接收/发射单元1、耦合结构2、调相电路3依次排布形成层叠结构；
[0031]所述的接收/发射单元1用于将来自自由空间的电磁波转换为单元上分布的电场。根据接收电磁波性质的不同，所述的接收/发射单元1可以接收和发射多种形式的电磁波，包括但不限于线极化、双线极化、圆极化、双圆极化电磁波等；对于经过调相电路调相的导行波，经由耦合结构转换为电场后，接收/发射单元将电场转换为自由空间电磁波并辐射。
[0032]耦合结构2将来自接收/发射单元1的电场转换耦合到调相电路3，将来自调相电路3的调相后的导行波转换耦合为接收/发射天线1上的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种幅度平坦的高效智能反射表面，其特征在于，由结构相同的多个阵元排列组成；所述阵元包括接收/发射单元(1)、耦合结构(2)、调相电路(3)，接收/发射单元(1)、耦合结构(2)、调相电路(3)依次排布形成层叠结构；所述的接收/发射单元(1)用于将自由空间的电磁波转换为阵元上特定方式分布的电场，还用于将调相后并经由耦合结构(2)转换后的电场转换为自由空间的电磁波并辐射；所述的耦合结构(2)用于将接收/发射单元(1)上的场转换为导行波传输到调相电路(3)，并用于将来自调相电路(3)的调相后的导行波转换为接收/发射单元(1)上的场；所述的调相电路(3)由若干微带线和有源器件组成，用于将输入的导行波附加额外的相位后输出，附加的额外相位的大小受外加直流电压的控制。2.根据权利要求1所述的一种幅度平坦的高效智能反射表面，其特征在于，所述接收/发射单元(1)包括贴片和介质、地板，贴片和介质、地板依次布置形成微带天线。3.根据权利要求1所述的一种幅度平坦的高效智能反射表面，其特征在于，所述耦合结构(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：施宏宇，张子阳，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：