[發(fā)明專利]一種高效率反射式太赫茲波束偏折器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210192208.2
• 申請(qǐng)日: 2022-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN114512816B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文岐業(yè);李懿航;鎖易昕;馮鑫;張魯明;楊青慧;張懷武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q15/00
• 分類號(hào): H01Q15/00;H01Q15/24
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種高效率反射式太赫茲波束偏折器，包括M×N陣列排列的超排列單元，所述超排列單元由K個(gè)1×K排列的超表面單元組成，所述超表面單元包括介質(zhì)基板、位于介質(zhì)基板上表面的矩形貼片和位于介質(zhì)基板下表面的金屬層，所述矩形貼片與介質(zhì)基板具有相同的中心；所述超排列單元中的K個(gè)超表面單元的矩形貼片的長(zhǎng)度各不相同。本發(fā)明提供的一種高效率反射式太赫茲波束偏折器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)線極化饋源的反射傳輸，在線極化電磁波的激勵(lì)下，實(shí)現(xiàn)了工作頻點(diǎn)附近良好的波束偏轉(zhuǎn)效果，且該超表面的反射效率達(dá)到90％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太赫茲超表面技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于太赫茲頻段的高反射效率的超表面，在太赫茲移動(dòng)通信技術(shù)(6G通訊)、太赫茲波束偏轉(zhuǎn)器件以及太赫茲智能傳播環(huán)境等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，各行各業(yè)已經(jīng)和通信領(lǐng)域密不可分，與此同時(shí)通信領(lǐng)域也面臨著諸多挑戰(zhàn)。帶寬是通信領(lǐng)域的重要概念，也是決定通訊系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。而通信系統(tǒng)的帶寬往往受到諸多因素的限制。因此拓寬通信系統(tǒng)帶寬，從而實(shí)現(xiàn)寬帶通信，成為了通信系統(tǒng)的瓶頸問題。此外，如今無線通訊系統(tǒng)正朝著小型化、低剖面、超寬帶、功能多樣化的趨勢(shì)發(fā)展，如何使通訊系統(tǒng)有更快的通信速率、更小的體積、更強(qiáng)大的抗干擾能力、更高效的利用頻譜資源、滿足多用戶的需求等問題亟待解決。

電磁器件作為通信系統(tǒng)中的重要組成部分，可用于調(diào)控、接收電磁波，而通信系統(tǒng)的質(zhì)量與電磁器件的性能息息相關(guān)。如何基于電磁器件拓展通信系統(tǒng)的帶寬是通信領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。電磁器件的小型化、高效率、低剖面的發(fā)展趨勢(shì)有利于整個(gè)通信系統(tǒng)的小型化、高效率、低剖面的發(fā)展趨勢(shì)，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、隱蔽性、減少功率損耗、有效解決電磁兼容問題，便于集成。

近年來，超表面技術(shù)的涌現(xiàn)為解決這些難點(diǎn)問題提供了一種思路和途徑。超表面擁有低剖面、輕薄、易于加工等特點(diǎn)，同時(shí)超表面對(duì)電磁波的幅度、相位和極化狀態(tài)有極強(qiáng)的控制能力，有極大的應(yīng)用前景。而太赫茲波波段資源豐富，其帶寬是目前主流通信頻率的1000倍左右，是很好的寬帶信息載體。若超表面技術(shù)應(yīng)用于太赫茲波段，則能保證提高系統(tǒng)帶寬的同時(shí)滿足器件低剖面、小型化、輕薄、易于加工等特性。

盡管目前已有部分太赫茲超表面偏折器件被提出，但目前報(bào)道的太赫茲超表面偏折器件不能實(shí)現(xiàn)對(duì)反射波高效率、大反射角度的傳輸。若要實(shí)現(xiàn)高效率反射傳輸，超表面則需要滿足一定的設(shè)計(jì)條件。目前，提高超表面反射效率通常采用減少單元材料的電磁損耗或者對(duì)全波仿真進(jìn)行智能優(yōu)化的方式，但由于形成的超表面無法滿足阻抗匹配的條件，限制了反射效率的進(jìn)一步提高；若實(shí)現(xiàn)大反射角度，則需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的超表面單元，這給實(shí)際加工帶來了極大的挑戰(zhàn)。2020年，楊帆課題組提出一種X波段的超表面天線，可以實(shí)現(xiàn)±60°的偏折范圍，可以應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)或通訊系統(tǒng)。但其孔徑效率僅為17.1％，且在大反射角度的工作狀態(tài)下其效率會(huì)明顯下降。若使用在惡劣的電磁環(huán)境下，系統(tǒng)誤碼率將大量提升，無法滿足實(shí)際工作環(huán)境的需要。2021年申請(qǐng)的專利“基于介質(zhì)超表面的太赫茲光束偏折器及其設(shè)計(jì)方法”中指出“以排列周期為優(yōu)化變量來調(diào)制入射光的相位”的方法提高超表面的反射效率，雖然通過超表面單元以及超表面陣列的尺寸作為優(yōu)化變量進(jìn)行優(yōu)化使效率得到了提升，但由于其沒有滿足阻抗匹配條件，因此效率無法進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)背景技術(shù)存在的太赫茲波段超表面反射率低的問題，提出了一種高效率反射式太赫茲波束偏折器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高效率反射式太赫茲波束偏折器，包括M×N陣列排列的超排列單元，所述超排列單元由K個(gè)1×K排列的超表面單元組成，所述超表面單元包括介質(zhì)基板、位于介質(zhì)基板上表面的矩形貼片和位于介質(zhì)基板下表面的金屬層，所述矩形貼片與介質(zhì)基板具有相同的中心；所述超排列單元中的K個(gè)超表面單元的矩形貼片的長(zhǎng)度各不相同。

進(jìn)一步的，所述超排列單元中的K個(gè)超表面單元的矩形貼片的長(zhǎng)度是采用以下方法確定的：