[发明专利]一种高交叉极化鉴别度双线极化2-bit可编程超表面

说明书

本发明公开了一种高交叉极化鉴别度双线极化2‑bit可编程超表面，包括由12×12个超表面单元呈周期性排布构成的超表面阵列，单元状态通过电调方式实时切换；超表面单元包括三层介质板，分别为介质板一、介质板二和介质板三，所述介质板一和介质板二之间加入pp层一，介质板二和介质板三之间加入pp层二；所述超表面单元从上至下设置四层铜层，依次分为主谐振体层、电流隔离层、地层和馈电网络层；所述主谐振体层位于介质板一上表面，电流隔离层位于介质板一下表面，所述地层在介质板二的底部，单元底层用于直流馈电网络的布局，形成馈电网络层，馈电网络层位于介质板三底部。本发明能够增加可编程超表面对电磁波的调控能力，实现智能超表面平台突破性的进展。

技术领域

本发明属于相位可编程超表面技术领域，具体涉及一种高交叉极化鉴别度双线极化2-bit可编程超表面。

背景技术

现有的可编程超表面以1-bit超表面为主，这种对相位的模糊化降低了设计难度，但是大大缩减了对电磁波的调控能力，只能对入射来波进行0°与180°的相位控制，量化误差较大，在组成阵列时，存在大于3dB的量化误差；且现有的可编程超表面多数只能在单个极化方向上进行调控，或者通过特定设计，使得两个极化必须同时调控，调控灵活性较低。

虽然双线极化可编程超表面陆续有人提出，但是都普遍存在一些缺陷。在(N.Zhang et al.,“ADual-polarized Reconfigurable Reflectarray Antenna Based onDual-channel Programmable Metasurface,”IEEE Trans.Antennas Propag.,pp.1–1,2022,doi:10.1109/TAP.2022.3165872.)中，设计了一种对称形式的双线极化1-bit可编程超表面，每个单元使用4个PIN二极管，通过每个极化方向上2个PIN管的同时通断，实现了双通道的1-bit相位变化，所设计的超表面虽然能实现正交通道的独立调控，但是分辨率较低，存在1-bit超表面的很多固有缺陷；且每个单元使用了4个PIN二极管，导致成本的增加后，超表面口径效率仍然较低，也使得系统的鲁棒性降低。(Y.Wang,S.Xu,F.Yang,andD.H.Werner,“1Bit Dual-Linear Polarized Reconfigurable Transmitarray AntennaUsing Asymmetric Dipole Elements With Parasitic Bypass Dipoles,”IEEETrans.Antennas Propag.,vol.69,no.2,pp.1188–1192,2021,doi:10.1109/TAP.2020.3005713.)中则是设计了单线极化1-bit可编程偶极子超表面单元，通过对单元的正交排布，实现了正交双线极化的1-bit独立调控，虽然形式不同，但是存在着一样的缺陷。通过使用变容二极管，可以实现双线极化的多bit独立调控(K.Chen,N.Zhang,G.Ding,J.Zhao,T.Jiang,and Y.Feng,“Active Anisotropic Coding Metasurface withIndependent Real-Time Reconfigurability for Dual Polarized Waves,”Adv.Mater.Technol.,vol.5,no.2,p.1900930,2020,doi:https://doi.org/10.1002/admt.201900930.)。但是，由于变容二极管损耗较大，且调控较为复杂，需要调控二极管两端的电压，往往无法实现精准调控，设计难度大、系统鲁棒性更低，由此实现的多bit超表面，往往口径效率并不高，且调控准确度有限。

截至现在，基于PIN二极管的共口径双线极化独立可调控的2-bit可编程超表面尚未有人提出。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高交叉极化鉴别度双线极化2-bit可编程超表面，具有工作原理简单清晰、剖面低易于集成的结构特点，能够增加可编程超表面对电磁波的调控能力，实现智能超表面平台突破性的进展。