[发明专利]一种全空间电磁调控超表面及超表面单元

说明书

本发明公开一种全空间电磁调控超表面及超表面单元，超表面包括依次设置的第一电磁波耦合/解耦部分、传输层和第二电磁波耦合/解耦部分；所述的第一电磁波耦合/解耦部分表面具有第一贴片；所述的传输层通过传输线结构与第一电磁波耦合/解耦部分和第二电磁波耦合/解耦部分导通，传输层具有用于将传输线结构中的导行电磁波利分为反射波与透射波并对幅度与相位进行调控的可调元件；所述的第二电磁波耦合/解耦部分具有第二贴片。本发明的目的是为了克服传统形式的超表面存在的无法实现快速精准的电磁波调控问题，并提供一种调控透反电磁波的幅度相位与极化状态的方法。通过该方法可以实现特定极化状态电磁波幅度与相位的实时可调。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，用于对电磁波波束进行调控，具体地涉及一种全空间电磁调控超表面及超表面单元，是用于同时调控透射反射电磁波幅度、相位、极化的超表面。

背景技术

随着通信技术的不断发展，对新型通信设备提出了新的要求；在高速无线通信系统中，为了使信号发生装置提供较高的增益，保证数据传输的速度与可靠性，往往使用高增益、高方向性的天线阵列来实现定向波束的产生，但由于天线整列产生的波束较窄无法覆盖全部通信区域，为了充分利用天线阵列高方向性的特点，灵活地调控天线阵列的波束指向，使波束指向需要进行通信的目标便显得非常重要。

超表面具有剖面低，尺寸小，调节灵活的特点，可以控制电磁波的幅度、相位、极化等特性。传统形式的超表面控制电磁波幅度、相位及极化状态的方式主要为调控超表面单元谐振部分的几何尺寸或旋向，并且通过将不同的超表面单元按一定规律进行排列便形成了具有特定功能的超表面，如波束调控超表面、聚焦超表面等。

然而传统的超表面无法对自身特性进行灵活调控，当超表面加工成型后其相关特性功能便无法改变，无法做到实时波束扫描及波束赋形，这就限制了传统形式的超表面在实时高速通信环境中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统形式的超表面存在的无法实现快速精准的电磁波调控问题，并提供一种全空间电磁调控超表面及超表面单元，本发明能够调控透反电磁波的幅度相位与极化状态的方法，通过该方法可以实现特定极化状态电磁波幅度与相位的实时可调。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种全空间电磁调控超表面，包括依次设置的第一电磁波耦合/解耦部分、传输层和第二电磁波耦合/解耦部分；

所述的第一电磁波耦合/解耦部分表面具有用于对空间电磁波的耦合与导行电磁波的解耦并可以实现对反射或透射电磁波的极化调控的第一贴片；

所述的传输层通过传输线结构与第一电磁波耦合/解耦部分和第二电磁波耦合/解耦部分导通，传输层具有用于将传输线结构中的导行电磁波利分为反射波与透射波并对幅度与相位进行调控的可调元件；

所述的第二电磁波耦合/解耦部分具有用于实现空间电磁波的耦合与导行电磁波的解耦并反射或透射电磁波的极化调控的第二贴片；

所述第一贴片、第二贴片与传输线结构射频连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一电磁波耦合/解耦部分、传输层和第二电磁波耦合/解耦部分之间通过传输柱射频连接，传输柱与第一贴片、可调元件、第二贴片连接；

或者所述第一电磁波耦合/解耦部分、传输层和第二电磁波耦合/解耦部分之间通过缝隙耦合方式射频连接。

作为本发明的进一步改进，所述全空间电磁调控超表面由多个超表面单元规律排列构成。

作为本发明的进一步改进，所述超表面单元包括依次叠层设置的顶层、中间层和底层；

所述顶层包括顶层介质和设置在顶层介质上表面的顶层金属贴片；