[發明專利]一種非互易性超表面裝置和控制方法

在審

• 申請號: 202210173450.5
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114678694A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 臧家偉;王守源;潘娟;孟夢;安少賡
• 申請（專利權）人: 中國信息通信研究院
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 南霆

1.一種非互易性超表面裝置，其特征在于，包含超表面單元；

每個所述超表面單元由輻射貼片、介質基板和金屬背板三層結構組成，所述輻射貼片在所述介質基板的頂面，所述金屬背板在所述介質基板的底面；

所述超表面單元，用于在前向頻率轉換和后向頻率轉換時，根據時變調制信號相位值，分別加載不同的單元相位值，實現波束指向的非互易性；

所述前向頻率轉換是第一頻率轉換為第二頻率，所述后向頻率轉換是第二頻率轉換為第一頻率，所述時變調制信號為正弦信號，所述時變調制信號的頻率為所述第一頻率與第二頻率的頻差。

2.如權利要求1所述的非互易性超表面裝置，其特征在于，所述金屬背板內包含一個饋電電路，所述饋電電路包含：一分二功分網絡，第一、第二金屬化通孔，時變調制信號饋入端口，第一、第二電感，第一、第二電容，第一、第二變容二極管；

所述第一、第二金屬化通孔，用于將所述一分二功分網絡的兩個末端與所述輻射貼片的邊緣連接；

所述時變調制信號饋入端口位于所述一分二功分網絡的輸入端，所述時變調制信號經所述時變調制信號饋入端口進入所述一分二功分網絡；

在進行前向頻率轉換時，第一入射信號經所述第一金屬化通孔、第一電感至所述第一變容二極管處，與所述時變調制信號混頻后經所述第一電容隔絕低頻信號，再經所述第二電容、第二變容二極管和第二電感至第二金屬化通孔，輸出第一出射信號；

在進行后向頻率轉換時，第二入射信號經所述第二金屬化通孔、第二電容至所述第二變容二極管處，與所述時變調制信號混頻后經所述第二電感隔絕高頻信號，再經所述第一電容、第一變容二極管、第一電感至所述第一金屬化通孔，輸出第二出射信號；

所述第一入射信號和第二出射信號的頻率均為所述第一頻率，所述第一出射信號和第二入射信號的頻率均為第二頻率。

3.如權利要求1所述的非互易性超表面裝置，其特征在于，所述非互易性超表面裝置由所述超表面單元按矩形排列方式均勻排列而成。

4.如權利要求1所述的非互易性超表面裝置，其特征在于，所述超表面單元的尺寸與單元數通過超表面工作頻率和預設的第一出射信號的指向角度確定，所述第一出射信號為在進行前向頻率轉換時的出射信號。

5.如權利要求1所述的非互易性超表面裝置，其特征在于，所述超表面單元采用正方形銅輻射貼片和銅金屬背板。

6.如權利要求1所述的非互易性超表面裝置，其特征在于，所述時變調制信號的頻率為40MHz，所述超表面工作頻率為2.5GHz，所述介質基板使用Rogers 5880材料，介電常數為2.2，損耗角正切為0.0009，厚度為1.575毫米。

7.如權利要求3所述的非互易性超表面裝置，其特征在于，所述超表面單元的單元相位值為：

其中，i、j分別為超表面單元的行序號、列序號，k₁、k₂分別為頻率為第一、第二頻率的信號的波數，θ₁、θ₂分別為第一入射信號的第一入射俯仰角、第一出射信號的第一出射俯仰角，為第一出射信號的第一出射水平角，d為超表面單元之間的單元間距；

所述第一入射信號為在進行前向頻率轉換時的入射信號，所述第一出射信號為在進行前向頻率轉換時的出射信號。

8.如權利要求5所述的非互易性超表面裝置，其特征在于，所述正方形銅輻射貼片的邊長為45mm。

9.一種非互易性超表面控制方法，使用權利要求1～7任一項所述裝置，其特征在于，包含以下步驟：

根據已知的超表面工作頻率和第一出射信號的波束寬度，計算超表面單元的尺寸和單元數，所述第一出射信號為在進行前向頻率轉換時的出射信號；

根據第一入射信號的第一入射俯仰角和第一出射信號的第一出射俯仰角，計算各超表面單元的單元相位值，所述第一入射信號為在進行前向頻率轉換時的入射信號；

根據在前向頻率轉換時，時變調制信號相位值與所述單元相位值關系，確定時變調制信號相位。