一种衍射阶动态可调的超构光栅

1.本技术涉及微波技术领域，尤其涉及一种衍射阶动态可调的超构光栅。


背景技术：

2.电磁超表面是由按照人工设计要求的超构原子周期性排布的平面二维超材料，其厚度远小于波长。电磁超表面的准周期结构能够对电磁波产生异常响应，通过印刷电路板进行加工的电磁超表面具有低损耗、低成本、小型化的优点，其能够打破传统电磁媒质参数的限制，对电磁波的相位、幅度、极化方式以及传播模式具有新颖的调控优势。
3.梯度相位超表面通过利用具有一定相位梯度覆盖范围的超构原子单元结构进行电磁波辐射波前相位调控，使成为阵列后的超构原子满足一定的相位分布，从而实现对电磁波的有效调控。
4.超构光栅是由亚波长粒子构成的平面阵列，其周期性允许激发一组离散的传播波和逐渐消失的平面波，通常称为floquet模式。超构光栅通过明确的超构原子结构进行阻抗调控，从而实现波束异常衍射，超构原子及周期单元之间不需要满足相位分布呈线性梯度，其辐射波束不但具备大角度、高效率的优点，还具备新颖的物理机制，譬如和奇偶性相关的异常反射或透射现象。
5.目前，超构光栅结构都是固定的几何参数模型，一经设计便无法更改其物理尺寸模型，只能够工作在特定的频段或者实现单一特定的功能。


技术实现要素：

6.本技术实施例通过提供一种衍射阶动态可调的超构光栅，解决了现有超构光栅结构只能够工作在特定的频段或者实现单一特定的功能的技术问题。
7.本技术实施例提供的一种衍射阶动态可调的超构光栅，包括第一基体、调节组件和反射板；多个所述调节组件直线阵列于所述第一基体的第一表面，所述调节组件包括直线阵列设置的多个导电调节板，以及设置于两个所述导电调节板之间的有源器件；多个所述调节组件的阵列方向与每个所述调节组件中多个所述导电调节板的阵列方向垂直；所述有源器件的两端分别与相邻两个所述导电调节板连接，且相邻所述有源器件的设置方向相反；所述反射板设置于所述第一基体的与所述第一表面相对的第二表面。
8.在一种可能的实现方式中，与所述有源器件的负极连接的所述导电调节板电连接于所述反射板，所述反射板为导电材质。
9.在一种可能的实现方式中，所述衍射阶动态可调的超构光栅还包括接线件和第二基体；所述第二基体层叠于所述反射板的背离所述第一基体的表面；所述接线件设置于所述第二基体的背离所述反射板的表面，与所述有源器件的正极连接的所述导电调节板电连接于所述接线件电连接。
10.在一种可能的实现方式中，所述衍射阶动态可调的超构光栅还包括贯穿与所述有源器件负极连接的所述导电调节板、所述第一基体和所述反射板的第一连通孔，以及贯穿
与所述有源器件正极连接的所述导电调节板、所述第一基体、所述反射板、所述第二基体和所述接线件的第二连通孔；所述第一连通孔的内壁设置有第一导电层，所述第一导电层电连接于与所述有源器件负极连接的所述导电调节板和所述反射板；所述第二连通孔的内壁设置有第二导电层，所述第二导电层电连接于与所述有源器件正极连接的所述导电调节板和所述接线件，且所述第二导电层与所述反射板隔离。
11.在一种可能的实现方式中，所述有源器件包括变容二极管。
12.在一种可能的实现方式中，所述导电调节板为六边形。
13.本技术实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
14.本技术实施例提供了一种衍射阶动态可调的超构光栅，在该超构光栅的第一基体上设置有调节组件，调节组件包括直线阵列设置的多个导电调节板，以及设置于两个所述导电调节板之间的有源器件，通过控制与有源器件连接的外部偏置电压，可以对每个超构原子单元的散射参数进行调节，进而独立有效地控制阵列上各个超构原子的阻抗密度用于阻抗匹配，从而提高了衍射模式效率，实现了波束调控，使该超构光栅能够在大角度高效快速扫描和可重构波束领域发挥重要作用。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本技术实施例提供的第一基体的结构示意图；
17.图2为本技术实施例提供的衍射阶动态可调的超构光栅的一种具体实现方式的结构示意图；
18.图3为本技术实施例提供的衍射阶动态可调的超构光栅的另一种具体实现方式的结构示意图；
19.图4为图3去除第一基体和第二基体后的结构示意图；
20.图5为本技术实施例提供的衍射阶动态可调的超构光栅的单元结构；
21.图6为本技术实施例提供的衍射阶动态可调的超构光栅的俯视图；
22.图7为本技术实施例提供的衍射阶动态可调的超构光栅的幅度和相位随电容值变化的示意图；
23.图8为本技术实施例提供的衍射阶动态可调的超构光栅的归一化远场能量随偏转角度的示意图；
24.图9为本技术实施例提供的波束赋能1：0：0图；
25.图10为本技术实施例提供的波束赋能1：0：1图。
26.图标：10-第一基体；11-第一表面；12-第二表面；20-第二基体；30-调节组件；31-导电调节板；32-有源器件；40-反射板；50-接线件；60-第一连通孔；61-第一导电层；70-第二连通孔；71-第二导电层。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
29.本技术实施例提供了一种衍射阶动态可调的超构光栅，请一并参考图1至图8所示。
30.如图2所示，该衍射阶动态可调的超构光栅包括第一基体10、调节组件30和反射板40。第一基体10如图1所示，并以图1中所示的方位为例，第一基体10的上表面为第一表面11，第一基体10的下表面为第二表面12。
31.多个调节组件30直线阵列于第一基体10的第一表面11，如图5所示。该衍射阶动态可调的超构光栅中的调节组件30如图2至图4所示。如图6所示，多个调节组件30的阵列方向与每个调节组件30中多个导电调节板31的阵列方向垂直。
32.调节组件30的具体结构如图2至图4所示，其包括直线阵列设置的多个导电调节板31，以及设置于两个导电调节板31之间的有源器件32。有源器件32的两端分别与相邻两个导电调节板31连接，并且相邻有源器件32的设置方向相反。在一个调节组件30中，在多个导电调节板31的阵列方向上，多个导电调节板31交替与电源正负极连接。
33.本技术实施例中的有源器件32为变容二极管。变容二极管又称“可变电抗二极管”，是利用pn结反偏时结电容大小随外加电压而变化的特性制成的，反偏电压增大时结电容减小、反之结电容增大。通过改变变容二极管的电容，使该衍射阶动态可调的超构光栅的幅度和相位变化，如图7所示。
34.本技术实施例的有源器件32并不以变容二极管为限制，还可以是pin二极管等其他具体类型的器件。
35.反射板40设置于第一基体10的与第一表面11相对的第二表面12，用于反射电磁波。
36.如图4所示，与有源器件32的负极连接的导电调节板31电连接于反射板40，反射板40为导电材质。具体地，反射板40可以采用金属板，比如钢板、铜板等。该结构使有源器件32通过反向板40实现接地，使反射板40在保持反射功能的同时，增加了接地的功能。该衍射阶动态可调的超构光栅没有为实现有源器件32接地而增加单独的部件，保持了较为简单的结构。
41.8和+41.8度，与图9比较说明，在相同的周期情况下，电容值不同，波束的能量分配不同。
47.本技术实施例提供的衍射阶动态可调的超构光栅在使用时，电源的正极连接于与有源器件30正极连接的导电调节板31，电源的负极连接于与有源器件32负极连接的导电调节板31，通过控制与有源器件32连接的外部偏置电压，可以对每个超构原子单元的散射参数进行调节，进而独立有效地控制阵列上各个超构原子的阻抗密度用于阻抗匹配，从而提高了衍射模式效率，实现了波束调控，使该超构光栅能够在大角度高效快速扫描和可重构波束领域发挥重要作用。
48.本技术实施例提供的衍射阶动态可调的超构光栅可应用于无线蜂窝通信领域和移动卫星通信领域。该衍射阶动态可调的超构光栅应用于无线蜂窝通信领域时，通过天线辐射方向图分集技术，能够在不增加天线数量的前提下，减少子信道的相关性，从而提高无线通信系统容量。该衍射阶动态可调的超构光栅应用于移动卫星通信中时，可以依据移动交通工具位置的变化计算出所需波束偏转角度从而改变天线辐射方向，使交通工具能够在移动中维持实时卫星通信。
49.本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
50.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对本技术限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术技术方案的范围。