[發明專利]一種多功能超表面及隱身天線

有效

• 申請號: 202110366569.X
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113097735B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 伍瑞新;李錫明;郗翔;陳建;吳華兵
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q13/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明公開一種多功能超表面及隱身天線，該超表面的單元依次五層金屬層和介于金屬層間的四層介質基板，其中第一、第二、第四、第五金屬層分別設有兩條平行等長的矩形金屬貼片；第一和第二金屬層的矩形金屬貼片長度不同，其他參數相同，第四和第五金屬層也只有貼片長度不同；第二與第四金屬層的金屬貼片相互正交；第三金屬層上設有一個C形金屬開口環；該超表面在y極化電磁波正向入射時實現透射功能，在x極化電磁波正向入射時實現波束偏折功能，在y極化電磁波反向入射時實現雷達散射截面縮減功能。本發明可以獨立實現高性能天線、波束偏折和雷達散射截面縮減三種功能，可以應用于實現某些特定環境下的隱身天線，具有電尺寸小、高增益等優點。

技術領域

本發明屬于新型人工電磁材料、無線通信領域，具體涉及一種集成透射、反射、雷達散射截面縮減多功能的超表面，以及實現寬帶、低旁瓣的隱身天線。

背景技術

隨著研究人員對超材料的不斷探索，也發現了超材料的一些不足。由于三維的超材料結構復雜、制造成本高、體積龐大且損耗高等缺點，極大地阻礙了它的廣泛應用。直到2011年，一種被定義為超表面的新型人工微結構被美國哈佛大學的Capasso教授團隊首次提出，它是三維超材料的二維化形式，通過在二維平面上空間排布厚度很薄的亞波長尺寸結構得到。通過在媒質界面上引入相位的不連續性，打破了經典的斯涅爾定律的應用局限，并提出了廣義斯涅爾定律，該定律為人們設計電磁波調控器件提供了新的思路。隨著對超表面的研究和認知不斷加深，超表面的研究和發展也出現新的趨勢，更加關注于小型化、共面、多功能、可重構、集成化和數字化等。超表面不僅在電磁學、光學等領域引起廣泛關注，同時也成為材料學、聲學、信息科學及相關交叉學科的研究熱點。這種平面化超表面的加工和制備可以與現代的半導體技術和印刷電路版技術等成熟技術完美兼容，大大降低了器件的加工制備成本和剖面大小，也減少了由于傳播波程而引起的損耗，極大地克服了超材料在工程應用中的缺陷。

各向異性超表面單元在不同的電磁波激勵下表現出不同的電磁響應，而當特定極化和特定傳播方向的電磁波激勵超表面時，超表面可以對電磁波進行獨立調控，且不產生相互影響。由于具有高度的極化和入射方向獨立性，各向異性超表面可以集成多種功能，簡化了多功能電磁器件的設計難度。

各向異性超表面已被應用于獨立調控兩個正交極化下的反射/透射電磁波，如軌道角動量發射器，偏振分束器等。但已有文獻均局限于超表面的相位調控，至今還未見具有寬帶和任意調幅和調相特點的集成反射/透射的多功能超表面。現有技術還存在電尺寸大、窄帶、效率低和不能調控幅度等缺點。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種集成透射、反射、雷達散射截面縮減多功能的超表面，以及提供一種低副瓣、高增益，且重量輕、成本低和易組裝集成的超表面隱身天線。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種多功能超表面，所述超表面的單元依次包括第一金屬層、第一介質基板、第二金屬層、第二介質基板、第三金屬層、第三介質基板、第四金屬層、第四介質基板和第五金屬層；所述第一金屬層、第二金屬層、第四金屬層、第五金屬層分別設有兩條平行的矩形金屬貼片，兩條矩形金屬貼片的長度相同；所述第一金屬層和第二金屬層的矩形金屬貼片距離單元中心的位置以及貼片寬度相同，但長度不同；所述第四金屬層和第五金屬層的矩形金屬貼片距離單元中心的位置以及貼片寬度相同，但長度不同；所述第二金屬層與第四金屬層的矩形金屬貼片相互正交；所述第三金屬層上設有一個C形金屬開口環；所述超表面在y極化電磁波正向入射時實現透射功能，在x極化電磁波正向入射時實現波束偏折功能，在y極化電磁波反向入射時實現雷達散射截面(RCS)縮減功能；其中x方向為第一金屬層上金屬貼片長度方向，y方向為第一金屬層上金屬貼片寬度方向。

進一步地，通過改變C形金屬開口環的開口旋轉角度調控透射幅度，通過改變C形金屬開口環的開口大小調控透射相位。

進一步地，所述C形金屬開口環的開口大小在2°到84°，開口旋轉角度在-45°到45°。