【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁波调控，具体涉及一种宽频带反射率动态可调有源超表面及其设计方法。
技术介绍
1、微波频段是指频率在300mhz～300ghz之间的电磁波，具有易于集聚成束、高度定向性以及直线传播的特性，可用来在无阻挡的自由空间传输高频信号。超表面可以看作是由亚波长超材料单元结构周期性或非周期性拓展组成的二维平面形式的超材料，具有厚度薄、低损耗、加工难度小等优势，能够对电磁波的幅值、相位和极化等性质进行调控，已经出现了一些控制反射波和透射波幅值超表面，为电磁波的操纵提供了更大的自由度。但是目前大部分超表面都是无源的，无论是相位控制、幅度控制还是幅度相位控制，通常都是被动的，一旦制造出来，它们的功能就不能改变。
2、近年来，人们将动态调控的理念应用于超表面设计中。有源超表面动态调控机制是指通过外部激励(如电场、磁场、温度、光强等)对超表面的电磁特性进行实时调节。这种调控机制能够使超表面在不同的应用场景中展现出不同的功能，极大地扩展了其应用范围。但是目前的有源动态超表面设计中，仍普遍存在(1)有源超表面调控范围有限、可调频率带宽窄、动态调控能力不足；(2)具有一定宽频调控效果的有源超表面结构设计复杂、层数多、加工困难，实际应用受限等问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种宽频带反射率动态可调有源超表面及其设计方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术实施例提供了一种宽频带反射率动态可调有源超表面
3、所述第一金属结构层、所述第二金属结构层间隔分布在所述基板的第一表面，沿第一方向，所述第一金属结构层的长度小于所述结构单元的周期，所述第二金属结构的长度与所述结构单元的周期相等，且相邻结构单元的第二金属结构层相互连接；
4、所述pin二极管连接在所述第一金属结构层和所述第二金属结构层之间，且所述pin二极管具有可变电阻；
5、所述金属背板层设置在所述基板的第二表面，且与所述第一金属结构层通过金属通孔连接，所述第一表面和所述第二表面相对；
6、所述控制电路与所述第一金属结构层、所述第二金属结构层连接，用于通过控制所述pin二极管两侧施加的电压以改变所述pin二极管可变电阻的阻值，实现在宽频带内电磁波反射率的动态调控。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述pin二极管的等效电路包括固定电容和可变电阻，其中，
8、所述固定电容和所述可变电阻并联。
9、在本专利技术的一个实施例中，所述固定电容c＝0.15pf，所述可变电阻的阻值为1-1000ω。
10、在本专利技术的一个实施例中，所述有源超表面结构单元周期p＝10mm；
11、所述第一金属结构层、所述第二金属结构层、所述金属背板层的厚度为0.018mm；
12、所述第一金属结构层的形状包括矩形，宽度为a＝3.7mm，长度为b＝9mm；
13、所述第二金属结构层的形状包括矩形，宽度为c＝3.7mm，长度为d＝10mm；
14、所述第一金属结构层和所述第二金属结构层之间的间隙为f＝0.6mm；
15、所述金属通孔的直径为s＝1mm。
16、在本专利技术的一个实施例中，还包括第一连接金属结构和第二连接金属结构，其中，
17、所述第一连接金属结构设置在所述第一金属结构层靠近所述pin二极管的一侧；
18、所述第二连接金属结构设置在所述第二金属结构层靠近所述pin二极管的一侧；
19、所述pin二极管连接在所述第一连接金属结构和所述第二连接金属结构之间。
20、在本专利技术的一个实施例中，所述第一连接金属结构和所述第二连接金属结构的形状均包括矩形，宽度均为aa＝0.2mm，长度均为bb＝0.8mm。
21、在本专利技术的一个实施例中，所述控制电路包括：若干第一控制线和若干第二控制线，其中，
22、所述若干第一控制线与所述第一金属结构层一一对应连接；
23、每个所述第二控制线与所述结构单元中相互连接的第二金属结构层连接。
24、在本专利技术的一个实施例中，所述有源超表面的频带为8-15ghz。
25、本专利技术的另一个实施例提供了一种宽频带反射率动态可调有源超表面的设计方法，用于设计上述实施例所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，包括步骤：
26、仿真在相同电压控制下每个单元结构的多组参数值，并选择具有宽频带吸波效果的结构单元参数值；其中，所述结构单元参数值包括：第一金属结构层的长度和宽度、第二金属结构层的长度和宽度、第一金属结构层和第二金属结构层之间的间隙、第一连接金属结构的长度和宽度、第二连接金属结构的长度和宽度以及金属通孔的直径；
27、基于所述结构单元参数值，仿真不同频率入射波的pin二极管等效电路的电阻值，选择具有宽频段内的反射率连续动态可调的电阻参数值；
28、基于所述结构单元参数值、所述电阻参数值以及选择确定的第一金属结构层厚度、第二金属结构层厚度、金属背板层的厚度、金属通孔的直径，将多个结构单元排列组合成有源超表面设计图；
29、根据所述有源超表面设计图设计电路控制图，以通过控制每一列pin二极管施加的电压值实现pin二极管电阻值的改变，得到仿真模型；
30、根据所述仿真模型，采用印刷电路板技术制作宽频带反射率动态可调的有源超表面。
31、在本专利技术的一个实施例中，基于所述结构单元参数值和第一电阻参数值，仿真不同频率入射波的pin二极管等效电路的电阻值，选择具有宽频段内的反射率连续动态可调的第二电阻参数值，包括：
32、在7-15ghz的宽频带内，当pin二极管等效电路的电阻值从1ω到50ω逐渐增加时，反射幅值从最大值逐渐减小到最小值，当pin二极管等效电路的电阻值从50ω到100ω逐渐增加时，反射幅值从最小值逐渐增大到最大值；
33、选择1-50ω或者50-100ω作为电阻参数值。
34、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
35、本专利技术的有源超表面通过在第一金属结构和第二金属结构之间引入pin二极管形成可调谐振结构，并通过控制电路控制pin二极管两侧施加的偏置电压控有源超表面的反射率，从而在宽频带内对电磁波反射率进行连续的动态调控，实现高效反射电磁波到高效吸收电磁波的动态转换，并且有效提升了连续动态调控电磁波反射率的带宽，提供了更宽的调控频带范围，实现了更高的能量利用效率，克服了传统电磁波吸波器在不同入射波频率下性能衰减快、对复杂结构应用受限等局限性，实现超宽带吸波效果，具有响应速度快、结构简单、层数少和易加工等优势。
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1.一种宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，包括：呈阵列排布的若干结构单元，每个结构单元包括第一金属结构层、第二金属结构层、基板、金属背板层、PIN二极管和控制电路，其中，
2.根据权利要求1所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，所述PIN二极管的等效电路包括固定电容和可变电阻，其中，
3.根据权利要求2所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，所述固定电容C＝0.15pF，所述可变电阻的阻值为1-1000Ω。
4.根据权利要求1所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，所述有源超表面的结构单元周期p＝10mm；
5.根据权利要求1所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，还包括第一连接金属结构和第二连接金属结构，其中，
6.根据权利要求5所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，所述第一连接金属结构和所述第二连接金属结构的形状均包括矩形，宽度均为aa＝0.2mm，长度均为bb＝0.8mm。
7.根据权利要求1所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于
8.根据权利要求1所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，所述有源超表面的频带为8-15GHz。
9.一种宽频带反射率动态可调有源超表面的设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求1-8任一项所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，包括步骤：
10.根据权利要求9所述的宽频带反射率动态可调有源超表面的设计方法，其特征在于，基于所述结构单元参数值和第一电阻参数值，仿真不同频率入射波的PIN二极管等效电路的电阻值，选择具有宽频段内的反射率连续动态可调的第二电阻参数值，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，包括：呈阵列排布的若干结构单元，每个结构单元包括第一金属结构层、第二金属结构层、基板、金属背板层、pin二极管和控制电路，其中，
2.根据权利要求1所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，所述pin二极管的等效电路包括固定电容和可变电阻，其中，
3.根据权利要求2所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，所述固定电容c＝0.15pf，所述可变电阻的阻值为1-1000ω。
4.根据权利要求1所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，所述有源超表面的结构单元周期p＝10mm；
5.根据权利要求1所述的宽频带反射率动态可调有源超表面，其特征在于，还包括第一连接金属结构和第二连接金属结构，其中，
6.根据权利要求5所述的宽频带反射率动态可调有源超表...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪刘应，陈海青，刘同豪，王东姝，陈孟州，刘顾，葛超群，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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