宽频带双极化1bit超材料单元结构的制作方法

本发明属于电磁通信，具体涉及一种宽频带双极化1bit超材料单元结构，可用于通信与雷达系统。

背景技术：

1、新型人工电磁材料，又名超材料，可通过设计其单元特性以及空间排布，控制电磁波的幅度、相位、极化、轨道角动量等参数，实现电磁能量的偏折、聚焦、吸波等功能，可用于通信、雷达等领域。通过引入可调技术，可以设计出能够实时控制电磁波各参数的可调超材料。可调超材料通过高速动态改变编码超表面的控制信号，除了传统超材料的静态的对电磁波的一些单一的调控，如幅度、相位、极化等，可调超材料可以在多维度上进行可变调控。因此，可调超材料在通信、隐身和成像领域具有广泛应用价值。

技术实现思路

1、发明目的/技术问题：本发明针对目前超材料单元无法同时对正交极化方向相位同时进行调制的问题，提出一种宽频带双极化1bit超材料单元结构，通过该结构，在保证性能的同时，有效解决上述问题。

2、为实现上述的技术目的，本发明通过以下技术方案实现：一种宽频带双极化1bit超材料单元结构，包括第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板的上下表面分别设有第一金属层和第二金属层，所述第二介质基板的上表面设有第三金属层，所述第一介质基板与第二介质基板按上下位置通过半固化片粘接形成单元整体，所述单元整体设有贯穿的三个金属化过孔，其中：

3、所述第一金属层为单元表面层，通过蚀刻形成有中心方形金属贴片和两个侧矩形金属贴片，所述两个侧矩形金属贴片与中心方形金属贴片的两个直角边分别平行且居中设置，所述两个侧矩形金属贴片与中心方形金属贴片之间存在缝隙，该缝隙之间分别通过焊接pin二极管将两个金属贴片连接；靠近所述中心方形金属贴片另外两个直角边内蚀刻有两直角边分别与该中心方形金属贴片的该两个直角边平行的直角三角形空缺；

4、两个所述金属化过孔分别设在两个侧矩形金属贴片的外侧中心处，且外围蚀刻有半圆金属圆盘；另一个金属化过孔设在中心方形金属贴片的中心处；

5、所述第二金属层为单元地层，设有与金属化过孔对应的圆环空缺；

6、所述第三金属层为偏置电路层，包括三个偏置电路，所述偏置电路通过金属化过孔分别与第一金属层上对应的中心方形金属贴片和两个侧矩形金属贴片电连接。

7、进一步的，所述第三金属层的偏置电路为三个圆心处连接有偏置线的扇形滤波器，所述扇形滤波器的圆心与金属化过孔相对应。

8、进一步的，所述中心方形金属贴片的边长为，两个侧矩形金属贴片与中心方形金属贴片的距离均为g，两个侧矩形金属贴片的长和宽分别为l和w，直角三角形空缺为等腰直角三角形，且直角边长为b，两个直角边与中心方形金属贴片的距离均为h，上述尺寸满足以下关系：

9、。

10、式中，k为调节因子，取值范围为（0.25，0.4），f为中心频点频率，er为介质介电常数，c为真空中光速，为中心频点空气波长。

11、进一步的，所述扇形滤波器的半径为0.1~0.5λ，λ为中心频点波长。

12、进一步的，所述两个侧矩形金属贴片与中心方形金属贴片之间分别垂直的设置pin二极管，且pin二极管采用居中设置。

13、进一步的，所述第一介质基板的总厚度为0.04-0.15中心频点介质波长。

14、进一步的，所述第一金属层的边长为s的尺寸为0.1-0.5中心频点空气波长

15、根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明结构简单，调控简单，并具有如下的有益效果：

16、1、本发明可以实现同时调控两个正交极化方向的相位，从而可以扩展实现同时调控两个正交极化方向的波束等功能，两个正交极化方向的相位可独立控制。

17、2、本发明结构相位调控互不影响，从而实现正交极化同时独立进行通信，可以有效展宽通信容量。

18、3、本发明结构具有一定的宽带特性，通过蚀刻出直角三角形的结构形式，该结构在20%宽频带内均能实现功能，且两个极化相位调控互不影响。

技术特征：

1.一种宽频带双极化1bit超材料单元结构，其特征在于：包括第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板的上下表面分别设有第一金属层和第二金属层，所述第二介质基板的上表面设有第三金属层，所述第一介质基板与第二介质基板按上下位置通过半固化片粘接形成单元整体，所述单元整体设有贯穿的三个金属化过孔，其中：

2.根据权利要求1所述宽频带双极化1bit超材料单元结构，其特征在于：所述第三金属层的偏置电路为三个圆心处连接有偏置线的扇形滤波器，所述扇形滤波器的圆心与金属化过孔相对应。

3.根据权利要求1所述宽频带双极化1bit超材料单元结构，其特征在于：所述中心方形金属贴片的边长为，两个侧矩形金属贴片与中心方形金属贴片的距离均为g，两个侧矩形金属贴片的长和宽分别为l和w，直角三角形空缺为等腰直角三角形，且直角边长为b，两个直角边与中心方形金属贴片的距离均为h，上述尺寸满足以下关系：

4.根据权利要求1所述宽频带双极化1bit超材料单元结构，其特征在于：所述扇形滤波器的半径为0.1~0.5λ，λ为中心频点波长。

5.根据权利要求1所述宽频带双极化1bit超材料单元结构，其特征在于：所述两个侧矩形金属贴片与中心方形金属贴片之间分别垂直的设置pin二极管，且pin二极管采用居中设置。

6.根据权利要求1所述宽频带双极化1bit超材料单元结构，其特征在于：所述第一介质基板的总厚度为0.04-0.15中心频点介质波长。

7.根据权利要求1所述宽频带双极化1bit超材料单元结构，其特征在于：所述第一金属层的边长为s的尺寸为0.1-0.5中心频点空气波长。

技术总结
本发明公开了一种宽频带双极化1bit超材料单元结构，包括第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板的上下表面分别设有第一金属层和第二金属层，所述第二介质基板的上表面设有第三金属层，所述第一介质基板与第二介质基板按上下位置通过半固化片粘接形成单元整体，所述单元整体设有贯穿的三个金属化过孔。本发明结构通过调整偏置电路的电压变化，控制PIN二极管的通断，从而实现对反射相位的调控，有控制简单的优点；本发明采用两个PIN二极管正交的形式，通过控制两个PIN二极管的通断，实现两个极化相位独立调控，实现两个极化波束的独立调控。

技术研发人员：梁雄帆,符道临,于瑞涛,张晓峰
受保护的技术使用者：江苏赛博空间科学技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1