[发明专利]一种可吸波离散相移智能反射表面

说明书

本发明提供了一种可吸波离散相移智能反射表面，由相同结构尺寸的单元在二维方向上以单元边长为周期排列，所述智能反射表面单元包括从上至下的第一空气层、吸波控制层、第二空气层、调相层和第三空气层，以及最底层的金属反射层；其中，吸波控制层通过一个二极管的通断决定智能反射表面单元处于反射状态或吸波状态；吸波控制层的金属部分贴片为三角形和半圆形组合的渐变结构，渐变结构的中间窄、两头宽；调相层的相位控制采用离散相位调控，通过控制二极管的通断实现四个近似90度的相移。本发明创新地在智能反射表面的单元结构中加入吸波结构，使得每个智能反射表面的单元都可以在反射模式和吸波模式之间进行切换从而获得了额外的自由度。

技术领域

本发明涉及雷达隐身和新材料技术领域，尤其涉及一种可吸波离散相移智能反射表面。

背景技术

一、智能反射表面

智能反射面被认为是一种通过软件控制反射重新配置无线传播环境的新技术。智能反射表面是由大量低成本无源反射元件组成的平面，每个元件能够独立地将入射信号的振幅、相位进行改变，从而协同实现精细的三维反射波束形成。智能反射表面通过高度可控和智能的信号反射可以主动地修正收发机之间的无线信道。这为进一步提高无线通信性能提供了新的自由度。由于智能反射表面可以避免使用射频链，并且只在短距离内工作，因此它可以密集部署，具有较低的能耗，而且无需在无源智能反射表面之间进行复杂的干扰管理。此外，智能反射表面可以实际制作成符合安装在任意形状表面上以满足不同的应用场景。

智能反射表面的架构被分为三层：最上层为可调谐的金属贴片排列而成，这些金属贴片被刻蚀在介质基板上，可以通过简单的调控对入射信号进行相位和幅度的改变；位于中间层的铜板可以最大程度地将信号进行反射从而防止能量泄露。最底层是一个控制电路板，它本身可以通过可编程门阵列实现，用于控制每个上层单元的工作状态，通过和一个智能反射表面的控制器进行连接，可以进行简单的控制和运算。

二、频率选择表面：

电磁波在传播过程中会发生反射，而经过某些特殊的材料或者结构时候会发生几乎没有反射波的情况，比如在军事领域中的隐形飞机表面涂有特殊的吸波材料，通常由金属合金粉末，铁氧体等组成；也可以由频率选择表面构成，将具有某种特殊结构的单元进行周期性排列，产生独特的电磁特性从而达到吸波的目的。

频率选择表面是一种由孔径或者贴片金属单元组成的二维周期阵列，入射电磁波具有带通或带阻的滤波特性，由于结构或者形状的不同频率选择表面会对电磁波表现出不同的滤波特性。一般来说周期阵列的一个单元是设计的主要对象。基底层一方面可以给频率选择表面一个附着面,有利于工艺的实现；另一方面可以起到支撑保护的作用,增加了频率选择表面的机械强度。

现有的关于智能反射表面的模型讨论都是局限于连续可调的幅度和相位，然而，实际采用的智能反射表面无论是幅度或者相位都无法实现连续可调，而且实际应用中由于硬件成本的限制，会大幅度削弱智能反射表面的调节能力。

因为智能反射表面的工作原理类似于三维波束形成，这种基于离散相位控制的智能反射表面由于量化误差会导致极大的性能衰减。这种性能衰减特在用户干扰较大的场景尤其明显，这是由于离散且有限的相位调节导致波束之间无法进行完美的相长或者相消；而且对于存在的干扰信号，智能反射表面也会无差别地对干扰信号进行一定的反射导致干扰信号也有可能被增强。

而频率选择表面则主要被应用在吸波方面，一般不考虑其信号传输的能力。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明利用智能反射表面和传统频率选择表面在硬件结构上的相似性，将离散相移的智能反射表面和频率选择表面结合在一起，提出了新的可吸波离散相移智能反射表面的模型，并对提出的模型进行了有限元仿真软件的建模。

本发明具体通过如下技术方案实现：