[发明专利]一种太赫兹可重构超表面

说明书

本发明属于通信技术领域，涉及一种太赫兹可重构超表面。该超表面采用双层设计，上层为金属贴片，下层为介质基板，32块正方形金属贴片等间距均匀附着于介质基板上，形成32个单元结构阵列；每个单元结构中金属贴片以居中方式贴附于介质基板上，在金属贴片上沿Y轴方向依次居中蚀刻5个相连的内陷矩形结构图案，内陷矩形结构图案为中心对称结构，将金属贴片沿Y轴方向截断为对称的两部分，并将居中的矩形结构中心位置放置金属连接片，连接金属贴片的上下两部分。本发明超表面单元在205GHz‑235GHz频率范围内，实现反射相位改变量在180°±20°范围内，反射幅度大于‑6dB，实现了±60°的波束扫描范围，实现多波束辐射和RCS缩减等功能。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种太赫兹可重构超表面。

背景技术

随着第五代无线通信系统(5G)的商业启动，第六代无线通信系统(6G)的研究也逐渐展开，6G无线网络设想实现高速数据速率、超低延迟、万物无线互联和高的频谱及能源利用效率等，太赫兹是6G通信的关键技术之一，可重构超表面技术作为太赫兹感通一体的重难点问题，对其进行研究具有重大的意义和价值。

超表面是一种由亚波长单元结构周期排列组成的二维超材料，可以通过改变自身的参数对入射电磁波的幅度、相位、极化等特性进行调控，由于其设计复杂度低以及低损耗、易加工等特点，近些年来成为广大研究人员的关注热点。2014年，东南大学崔铁军教授团队首次提出数字编码超表面的概念，将超表面单元的工作状态用离散的二进制表示，并实现了波束调控、RCS缩减等功能，进一步地促进了超表面的发展。由于传统的超表面是一旦加工完成，所实现的功能就无法更改，所以为了能够对电磁波进行实时的调控，适应日益复杂的系统需求，可重构超表面应运而生。目前可重构超表面中常用的可重构技术主有光电调谐(应用PIN二极管、变容二极管、互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、高电子迁移率晶体管(HEMT)、肖特基二极管等)、应用相变材料(二氧化钒(VO₂)、液晶等)、机械调谐(微机电系统MEMS等)。通过可重构技术的加载，可重构超表面已经可以实现对电磁波特性参数的可编程实时调控，在信息调制、电磁隐身、全息成像等领域都展现了应用价值。

可重构超表面具有低成本、低能耗、可编程、易部署的优点，通过可重构超表面实现的太赫兹天线可不仅可以实现波束两维快速扫描控制与成型，还可以实现太赫兹信号的矢量调制，降低了系统复杂度，避免了太赫兹频段移相技术缺乏对相控阵技术实现的严峻挑战；此外，利用可重构超表面实现的太赫兹滤波器可以实现在应用可编程的柔性配置功能。总之可重构超表面技术在太赫兹无线通信领域的应用，将给未来太赫兹移动通信带来全新的范式。然而，由于太赫兹可重构超表面具有较大的电路拓扑，且采用了较多的平面电路，受限于工艺水平，已发表的太赫兹频段可重构超表面信号传输损耗依然不理想。

太赫兹频段具有高频、宽频带、低延迟等优势，目前是6G通信强有力的备选方案之一，但由于其波长小，在复杂的传播环境中会产生较大的路径损耗，在构建新一代6G通信系统中需要中继对其传播路径进行修正，利用可重构超表面替代传统的中继设备，不仅具有可以对传播路径进行灵活的反射调整，还可以实现透射、吸收等功能，具有低成本、低能耗的优势。另外在太赫兹频段下，传统的发射机链路需要的器件设计更加复杂困难、成本较高，而近些年提出的基于可重构超表面的无链发射机架构是通过可重构超表面对入射的载波信号直接进行调制，极大的减少了设计的复杂度和制造成本，所以太赫兹可重构超表面在未来具有极大的应用潜力。

发明内容

(一)本发明的目的

本发明的目的在于提出一种基于肖特基二极管的1bit相位可调的可重构超表面设计方法，为太赫兹可重构超表面的研究提供了一种新思路，在未来6G太赫兹通信等领域有重要的应用价值。

(二)本发明的技术方案