一种电磁相位全范围可调超表面结构的制作方法

本发明属于电磁超表面，具体涉及一种电磁相位全范围可调超表面结构。

背景技术：

1、目前，超表面的性能已经深得广大学者的研究与探讨，其在空间域上非同凡响的电磁性能成为了新型超材料近年来的研究热点。超表面在完成设计与制备过程之后，便无法再调整表面的电磁特性，并且特定的反射或者透射性能已经成为一种固定不可改变的表现方式。然而很多情况下，需要完成不同工作状态的自由切换。

2、为了达到灵活可控的目的，相关的研究也已经发表，其中改变机械设计、物理结构、介质材料电磁特性以及加入可控电路元件等方法都已经有了很好的控制调整能力。现如今电子元器件的性能稳定且参数可知，因此加入电可控元器件毫无疑问是最好的方法，利用对电可控元件的外部控制，就可以改变单元电磁响应以调控反射或者透射电磁波的相关特性。但是由于器件性能的限制，全范围电磁相位可调超表面难以实现。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述问题，提供一种用于实现反射相位在特定频段内全范围可调性能的电磁相位全范围可调超表面结构。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电磁相位全范围可调超表面结构，包括超表面单元，超表面单元包括依次层叠的顶层、中间层和底层三层结构，顶层为金属结构层，中间层为介质层，底层为金属地板构成的金属反射层，顶层包括第一金属贴片、第二金属贴片和第三金属贴片，第一金属贴片、第二金属贴片和第三金属贴片均为交指结构，相邻金属贴片的缝隙之间焊接有变容二极管形成闭合回路，顶层的第二金属贴片与金属地板通过多个金属化通孔连接，形成串联的双谐振电路，超表面单元的宽度为15mm，金属化通孔的半径为0.25mm，相邻金属化通孔之间的间距为3mm，变容二极管的电感为0.7nh，起始电容值为0.66pf；每个超表面单元的两个变容二极管由同一偏置电压控制，偏置电压在0-30v之间可调。

3、优选地，所述相邻金属贴片间的变容二极管的焊盘间距为1mm，焊盘的宽度为1.5mm。

4、优选地，所述交指结构中，交指的宽度为0.6mm，长度为1.8mm，交指的间距为0.4mm，交指距对面贴片的距离为0.2mm。

5、优选地，所述超表面单元的长度为23.8mm，第一金属贴片和第三金属贴片与超表面单元上下边界的距离为0.4mm，金属结构层的厚度为0.035mm。

6、优选地，所述中间层厚度为4mm，介电常数为2.2，损耗角正切值为0.0015。

7、优选地，所述变容二极管为smv1405。

8、优选地，所述超表面单元上下对称排列组成复合结构单元，复合结构单元在介质层布置的周期为水平15mm，竖直47.6mm，相位可调范围超过360度的电磁波频带范围为2.35～2.9ghz。

9、本发明的有益效果是：

10、1、本发明所提供的一种电磁相位全范围可调超表面结构，采用串联的双谐振结构实现超过360度的反射相位调控性能，且在2.35-2.9ghz范围内，实现可调相位超过360度。

11、2、本发明通过变容二极管，采用0-30v偏置电压统一调控，简化了电路，增强了超表面结构的工程可实施性。

12、3、本发明的设计具有剖面低、质量轻、功率低和易加工的优势，在异常反射、电磁隐身、高阻抗表面、人工磁导体、反射阵列天线、波束形成和波束扫描天线和移相器等方向具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种电磁相位全范围可调超表面结构，其特征在于：包括超表面单元，超表面单元包括依次层叠的顶层、中间层(6)和底层三层结构，顶层为金属结构层，中间层(6)为介质层，底层为金属地板(4)构成的金属反射层，顶层包括第一金属贴片(1)、第二金属贴片(2)和第三金属贴片(3)，第一金属贴片(1)、第二金属贴片(2)和第三金属贴片(3)均为交指结构，相邻金属贴片的缝隙之间焊接有变容二极管形成闭合回路，顶层的第二金属贴片(2)与金属地板(4)通过多个金属化通孔(5)连接，形成串联的双谐振电路，超表面单元的宽度为15mm，金属化通孔(5)的半径为0.25mm，相邻金属化通孔(5)之间的间距为3mm，变容二极管的电感为0.7nh，起始电容值为0.66pf；每个超表面单元的两个变容二极管由同一偏置电压控制，偏置电压在0-30v之间可调。

2.根据权利要求1所述的一种电磁相位全范围可调超表面结构，其特征在于：所述相邻金属贴片间的变容二极管的焊盘间距为1mm，焊盘的宽度为1.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种电磁相位全范围可调超表面结构，其特征在于：所述交指结构中，交指的宽度为0.6mm，长度为1.8mm，交指的间距为0.4mm，交指距对面贴片的距离为0.2mm。

4.根据权利要求1所述的一种电磁相位全范围可调超表面结构，其特征在于：所述超表面单元的长度为23.8mm，第一金属贴片(1)和第三金属贴片(3)与超表面单元上下边界的距离为0.4mm，金属结构层的厚度为0.035mm。

5.根据权利要求1所述的一种电磁相位全范围可调超表面结构，其特征在于：所述中间层(6)厚度为4mm，介电常数为2.2，损耗角正切值为0.0015。

6.根据权利要求1所述的一种电磁相位全范围可调超表面结构，其特征在于：所述变容二极管为smv1405。

7.根据权利要求1所述的一种电磁相位全范围可调超表面结构，其特征在于：所述超表面单元上下对称排列组成复合结构单元，复合结构单元在介质层布置的周期为水平15mm，竖直47.6mm，相位可调范围超过360度的电磁波频带范围为2.35～2.9ghz。

技术总结
本发明公开了一种电磁相位全范围可调超表面结构，包括超表面单元，超表面单元包括依次层叠的顶层、中间层和底层三层结构，顶层为金属结构层，中间层为介质层，底层为金属地板构成的金属反射层，顶层包括第一金属贴片、第二金属贴片和第三金属贴片，第一金属贴片、第二金属贴片和第三金属贴片均为交指结构，相邻金属贴片的缝隙之间焊接有变容二极管形成闭合回路，顶层的第二金属贴片与金属地板通过多个金属化通孔连接，形成串联的双谐振电路，超表面单元的宽度为15mm，金属化通孔的半径为0.25mm，相邻金属化通孔之间的间距为3mm，变容二极管的电感为0.7nH，起始电容值为0.66pF。每个超表面单元的两个变容二极管由同一偏置电压控制，偏置电压在0‑30V之间可调。

技术研发人员：陆云峰,倪大海,尹红波,李希密,管飞,姜廷宇,王湛
受保护的技术使用者：扬州海科电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22