[發(fā)明專利]一種基本單元以及基于基本單元構(gòu)建的模擬信號(hào)處理的空間移相器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010553479.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN111755780B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程強(qiáng);陳明正;夏芬;戴俊彥;張琤;張青峰;崔鐵軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/18
• 分類號(hào): H01P1/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運(yùn)紅

本發(fā)明公開了一種基本單元以及基于基本單元構(gòu)建的模擬信號(hào)處理的空間移相器，包括：n*n個(gè)基本單元，n*n個(gè)基本單元周期排列，每個(gè)單元包含五層金屬結(jié)構(gòu)和四層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過精心設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，使得不同頻率的電磁信號(hào)產(chǎn)生不同的群時(shí)延，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)處理。本發(fā)明中具有階梯型群時(shí)延響應(yīng)的空間移相器有脈沖位置調(diào)制的功能，而具有線性群時(shí)延響應(yīng)的空間移相器有脈沖展寬的功能。本發(fā)明原理簡單，制作成本低廉，有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模擬信號(hào)處理和新型人工電磁材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基本單元以及基于基本單元構(gòu)建的模擬信號(hào)處理的空間移相器。

背景技術(shù)

模擬信號(hào)處理器件能夠在很高的頻段對(duì)超寬帶信號(hào)直接進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。與之相比，數(shù)字信號(hào)處理器件在處理寬帶信號(hào)時(shí)需要超高的采樣率，這帶來了極大的硬件復(fù)雜度和極高的成本。模擬信號(hào)處理器件的核心是能夠提供所需群時(shí)延響應(yīng)的色散時(shí)延結(jié)構(gòu)或者稱之為移相器。目前在傳輸線層面綜合出所需群時(shí)延響應(yīng)的移相器的算法已經(jīng)比較成熟，能夠獲得具有階梯型的、線性的和梯形的等不同的群時(shí)延響應(yīng)的移相器，從而實(shí)現(xiàn)脈沖位置調(diào)制、寬帶頻譜嗅探、脈沖展寬和實(shí)時(shí)傅里葉變換等模擬信號(hào)處理算法。

新型人工電磁表面，又被稱為超表面，可通過設(shè)計(jì)其單元以及單元的空間排布方式，控制電磁波的幅相、極化、波前和偏折等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)全息成像、波束調(diào)控等功能。因此，我們可以利用超表面的奇異特性，設(shè)計(jì)空間移相器，直接對(duì)空間電磁波進(jìn)行群時(shí)延調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一種基本單元以及基于基本單元構(gòu)建的模擬信號(hào)處理的空間移相器。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種基本單元，該單元包括依次疊加級(jí)聯(lián)的第一介質(zhì)基板層、第二介質(zhì)基板層、第三介質(zhì)基板層、第四介質(zhì)基板層，并且層與層連接面的其中一個(gè)面上設(shè)置有環(huán)狀金屬貼片結(jié)構(gòu)，第四層介質(zhì)基板的非連接面上設(shè)置有金屬貼片。

比如第一介質(zhì)基板層和第二介質(zhì)基板層之間的連接面的其中一個(gè)連接面設(shè)置有環(huán)狀金屬貼片結(jié)構(gòu)，其它層與層之間如上述設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述環(huán)狀金屬貼片結(jié)構(gòu)包括矩形金屬環(huán)和矩形金屬貼片，所述矩形金屬貼片位于矩形金屬環(huán)內(nèi)，矩形金屬貼片與矩形金屬環(huán)不接觸。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)基板的厚度和/或介電常數(shù)相同或不同。

進(jìn)一步的，每層上介質(zhì)基板的長和寬一致，其上的長方形金屬貼片的長和寬相同或不同。

進(jìn)一步的，其特征在于，每層介質(zhì)基板上的矩形金屬環(huán)得寬度相同。

此外，本發(fā)明還提提出根據(jù)所述的一種基本單元構(gòu)建的模擬信號(hào)處理的空間移相器，將單個(gè)基本單元沿著X方向和Y方向進(jìn)行周期延拓，組成由n*n個(gè)單元連接的陣面。

當(dāng)一個(gè)寬帶的電磁波入射到具有隨著頻率階梯型變化的群時(shí)延響應(yīng)的超材料時(shí)，不同頻率的電磁波有不同的時(shí)延。因此，這種超材料可以對(duì)空間中的寬帶電磁脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)脈沖分離、脈沖重疊和實(shí)時(shí)頻譜嗅探等模擬信號(hào)處理算法。

當(dāng)一個(gè)寬帶的電磁波入射到具有隨著頻率線性變化的群時(shí)延響應(yīng)的超材料時(shí)，不同頻率的電磁波有不同的時(shí)延。因此，這種超材料可以對(duì)空間中的寬帶電磁脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)時(shí)域脈沖信號(hào)的展寬。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下顯著進(jìn)步：

(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于超表面的空間移相器，結(jié)構(gòu)簡單、加工制作成本低廉；

(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的階梯型群時(shí)延響應(yīng)空間移相器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)寬帶模擬電磁波實(shí)時(shí)的脈沖位置調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)域脈沖分離、時(shí)域脈沖疊加和實(shí)時(shí)頻譜嗅探等模擬信號(hào)處理算法；

(3)本發(fā)明設(shè)計(jì)的線性群時(shí)延響應(yīng)空間移相器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)寬帶模擬電磁波實(shí)時(shí)的脈沖展寬；