可重构反射型超表面单元及可重构反射型超表面装置

本申请属于无线通信，更具体地说，是涉及一种可重构反射型超表面单元及可重构反射型超表面装置。

背景技术：

1、随着无线通信技术的发展，通信的工作频率也在不断增加，相对应地路径损耗也随之增加。为解决该问题，通信运营商往往会在通信路径上放置更多的基站，但这无疑会大大增加使用成本和建设成本；超表面是一种厚度小于波长的人工层状材料，它能够通过人工干预实现对电磁波的自由调控，而且能耗和成本相比于基站而言均很低，兼顾实用性和成本两方面的考量，超表面具有很高的应用价值。

2、2022年，发表在ieee antennas and wireless propagation letters上题目为awideband 1-bit reconfigurable reflectarray antenna at ku-band的文章，给出了一种多层堆叠结构的反射面单元的设计方案，该单元的工作频率为12.9ghz～16.5ghz，相对带宽为24.4％，该反射面单元结构复杂且工作带宽仅覆盖部分x波段(8ghz-12ghz)和部分ku(12ghz-18ghz)波段。

3、2022年，发表在ieee transactions on antennas and propagation上的题目为awideband low-cost reconfigurable reflectarray antenna with1-bit resolution文章，介绍了一种宽带1bit可重构反射单元的设计方案，该方案介绍了一种电磁偶极子共振拓展带宽的方法，反射单元的设计和加工方法复杂，且工作频率为10ghz～15ghz，相对带宽为40％，工作带宽仅覆盖部分x波段和部分ku波段。

4、由上可知，现阶段的大多数相对工作带宽(指其工作频率范围与中心频率的比值)较宽的可重构反射型超表面单元的结构都较为复杂，加工成本都较高，不便于可重构反射型超表面单元的实际落地与应用。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种可重构反射型超表面单元及可重构反射型超表面装置，旨在解决现有技术中相对工作带宽较宽的可重构反射型超表面单元结构复杂的技术问题。

2、为实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种可重构反射型超表面单元，可重构反射型超表面单元用于与控制电路电连接，可重构反射型超表面单元包括pin管、相位调制层以及接地层，相位调制层和接地层均采用金属材质制成，接地层设置在相位调制层的一侧，并用于接地；相位调制层包括两个以pin管为中心对称设置的相位调制件，相位调制件包括调制臂和连接臂，连接臂设置在调制臂靠近pin管的一侧，并与对应设置的调制臂电连接，两个连接臂中的一个连接臂为第一连接臂，第一连接臂与pin管的负极电连接，并与接地层电连接，另一个连接臂为第二连接臂，第二连接臂与pin管的正极电连接，并用于与控制电路电连接。

3、可选地，可重构反射型超表面单元还包括供电层，供电层采用金属材质制成，供电层设置在相位调制层的一侧，并与第二连接臂电连接，且用于与控制电路电连接。

4、可选地，可重构反射型超表面单元还包括第一介质层和第二介质层，第一介质层设置在相位调制层和接地层之间，并与相位调制层连接，且与接地层连接，供电层设置在接地层远离相位调制层的一侧，第二介质层设置在接地层与供电层之间，并与供电层连接，且与接地层连接。

5、可选地，可重构反射型超表面单元还包括第一连接部和第二连接部，第一连接部的第一端与第一连接臂电连接，第二端与接地层电连接，第二连接部的第一端与第二连接臂电连接，第二端与供电层连接。

6、可选地，第一连接部贯穿第一介质层，第二连接部依次贯穿第一介质层、接地层以及第二介质层，接地层上设置有防短路通孔，第二连接部部分穿设在防短路通孔内，第二连接部穿设在防短路通孔内的外周面与防短路通孔的孔壁之间具有预设间距。

7、可选地，第一连接臂和第二连接臂均为直臂，两个调制臂中与第一连接臂对应设置的调制臂以第一连接臂的长度方向为中心线对称设置，两个调制臂中与第二连接臂对应设置的调制臂以第二连接臂的长度方向为中心线对称设置；或，调制臂为弧形臂。

8、可选地，供电层为扇形枝节。

9、可选地，第一连接部和第二连接部均为圆柱体。

10、根据本申请的另一个方面，提供了一种可重构反射型超表面装置，可重构反射型超表面装置包括控制电路以及反射部，反射部包括多个上述的可重构反射型超表面单元，两个相邻设置的可重构反射型超表面单元中的第一介质层对应设置，且彼此固定连接，两个相邻设置的可重构反射型超表面单元中的第二介质层对应设置，且彼此固定连接，多个可重构反射型超表面单元均与控制电路电连接。

11、可选地，控制电路为直流偏置电路。

12、本申请提供的可重构反射型超表面单元的有益效果在于：与现有技术相比，两个相位调制件共同构成为工字型开口环，一方面，本申请中的可重构反射型超表面单元采用了具有工作在半波片状态(即理想状态)下的工字型开口环，半波片状态可保证超表面单元在宽带状态(即理想状态)下具有高反射幅度和相位的线性度；另一方面，为使超表面单元在pin管开断时能够在宽带范围内实现不同的相位响应，需要相位调制层和接地层在宽带范围内实现不同的激发电流模式，但实际上，相位调制层和接地层的激发电流相互影响往往会限制超表面单元的工作带宽，而由两个相位调制件构成的工字型开口环具有丰富的相位调制自由度，其能够通过灵活地控制调制臂和连接臂的长度和宽度改变相位调制层和接地层的激发电流模式，在超表面单元中的pin管处于开断的情况下，相位调制层和接地层的激发电流模式在宽带状态下耦合，从而在宽带状态下实现对电磁波的相位调控；基于上述两个因素便可使超表面单元的响应能够在较宽的带宽范围内实现低反射损耗特性，同时能够通过pin管开断在宽带范围内实现180°±20°的相位差。如此设置的相位调制层使本申请中的可重构反射型超表面单元的结构变得更加简单，不仅便于加工制造，同时也降低了制造成本，有利于可重构反射型超表面单元的实际落地与应用。

技术特征：

1.一种可重构反射型超表面单元，其特征在于，所述可重构反射型超表面单元用于与控制电路电连接，所述可重构反射型超表面单元包括pin管(100)、相位调制层(200)以及接地层(300)，所述相位调制层(200)和所述接地层(300)均采用金属材质制成，所述接地层(300)设置在所述相位调制层(200)的一侧，并用于接地；

2.根据权利要求1所述的可重构反射型超表面单元，其特征在于，所述可重构反射型超表面单元还包括供电层(400)，所述供电层(400)采用金属材质制成，所述供电层(400)设置在所述相位调制层(200)的一侧，并与所述第二连接臂(220)电连接，且用于与所述控制电路电连接。

3.根据权利要求2所述的可重构反射型超表面单元，其特征在于，所述可重构反射型超表面单元还包括第一介质层(500)和第二介质层(600)，所述第一介质层(500)设置在所述相位调制层(200)和所述接地层(300)之间，并与所述相位调制层(200)连接，且与所述接地层(300)连接，所述供电层(400)设置在所述接地层(300)远离所述相位调制层(200)的一侧，所述第二介质层(600)设置在所述接地层(300)与所述供电层(400)之间，并与所述供电层(400)连接，且与所述接地层(300)连接。

4.根据权利要求3所述的可重构反射型超表面单元，其特征在于，所述可重构反射型超表面单元还包括第一连接部(800)和第二连接部(900)，所述第一连接部(800)的第一端与所述第一连接臂(210)电连接，第二端与所述接地层(300)电连接，所述第二连接部(900)的第一端与所述第二连接臂(220)电连接，第二端与所述供电层(400)连接。

5.根据权利要求4所述的可重构反射型超表面单元，其特征在于，所述第一连接部(800)贯穿所述第一介质层(500)，所述第二连接部(900)依次贯穿所述第一介质层(500)、所述接地层(300)以及所述第二介质层(600)，所述接地层(300)上设置有防短路通孔(310)，所述第二连接部(900)部分穿设在所述防短路通孔(310)内，所述第二连接部(900)穿设在所述防短路通孔(310)内的外周面与所述防短路通孔(310)的孔壁之间具有预设间距。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的可重构反射型超表面单元，其特征在于，所述第一连接臂(210)和所述第二连接臂(220)均为直臂，两个所述调制臂(230)中与所述第一连接臂(210)对应设置的所述调制臂(230)以所述第一连接臂(210)的长度方向为中心线对称设置，两个所述调制臂(230)中与所述第二连接臂(220)对应设置的所述调制臂(230)以所述第二连接臂(220)的长度方向为中心线对称设置；或，所述调制臂(230)为弧形臂。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的可重构反射型超表面单元，其特征在于，所述供电层(400)为扇形枝节。

8.根据权利要求4至5中任一项所述的可重构反射型超表面单元，其特征在于，所述第一连接部(800)和所述第二连接部(900)均为圆柱体。

9.一种可重构反射型超表面装置，其特征在于，所述可重构反射型超表面装置包括控制电路以及反射部，所述反射部包括多个权利要求3至5以及8中任一项所述的可重构反射型超表面单元，两个相邻设置的所述可重构反射型超表面单元中的所述第一介质层(500)对应设置，且彼此固定连接，两个相邻设置的所述可重构反射型超表面单元中的所述第二介质层(600)对应设置，且彼此固定连接，多个所述可重构反射型超表面单元均与所述控制电路电连接。

10.根据权利要求9所述的可重构反射型超表面装置，其特征在于，所述控制电路为直流偏置电路。

技术总结
本申请适用于无线通信技术领域，提供了一种可重构反射型超表面单元及可重构反射型超表面装置。可重构反射型超表面单元用于与控制电路电连接，其包括PIN管、相位调制层及接地层，相位调制层和接地层均采用金属制成，相位调制层包括两个以PIN管为中心对称设置的相位调制件，相位调制件包括调制臂和设在调制臂靠近PIN管一侧且与对应的调制臂电连接的连接臂，一个连接臂与PIN管的负极电连接，并与接地层电连接，另一个连接臂与PIN管的正极电连接，并用于与控制电路电连接。如此设置的相位调制层使本申请中的可重构反射型超表面单元的结构变得更加简单，不仅便于加工制造，还降低了制造成本。

技术研发人员：徐晨,景嘉琪,冯纪强,李飞鹏,董少华,杨晓娟
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15