[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

本發明公開一種非互易性超表面裝置，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。本發明還公開一種非互易性超表面控制方法，使用所述裝置。本發明實現了高集成度的非互異性器件，尤其使用點對點通信。

技術領域

本發明涉及超表面技術領域，尤其涉及一種非互易性超表面裝置和控制方法。

背景技術

超表面是一種二維形式的人工電磁超材料，由亞波長尺寸的單元周期或者非周期性的排列。超表面具有超常規的物理性質，可以實現自然界天然材料無法實現的新奇電磁特性。超表面通過利用在單元表面上產生的相位突變特性可以調控電磁波的傳輸。傳統的電磁非互易性器件，常依賴于鐵氧體等磁性材料來打破時間反演對稱性，實現電磁波非互易性傳輸，例如隔離器是一種常見的非互易性器件，其正反兩個方向傳輸時損耗值差別大，信號只能定向傳輸，然而磁性材料無法與集成電路加工工藝兼容，存在難以集成化的難題。

發明內容

本發明提供非互易性超表面裝置和控制方法，解決裝置和方法難以集成化的問題。

為解決上述問題，本發明是這樣實現的：

發明實施例提供一種非互易性超表面裝置，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

優選地，所述超表面單元采用正方形銅輻射貼片和銅金屬背板。

優選地，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。

優選地，所述超表面單元的單元相位值由如下公式1確定。