CN109728395B - 一种基于超表面的空间波定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于超表面的空间波定向耦合器，旨在将频率选择性超表面与相位梯度性超表面相结合，实现空间波的频选定向耦合传输；包括平行平板波导、设置在平行平板波导内的透射性相位梯度超表面模块、第一频率选择超表面模块、第二频率选择超表面模块、第一平面波馈源、第二平面波馈源、第三平面波馈源和第四平面波馈源，所述透射性相位梯度超表面模块由多个等相位梯度排列的相位补偿超表面单元组成；所述第一频率选择超表面模块与第二频率选择超表面模块构成V字形结构，所述透射性相位梯度超表面模块位于第一频率选择超表面模块和第二频率选择超表面模块之间，且对V字形结构形成角分割，使得本发明具有高方向性和结构设计难度低的特点。

Description

一种基于超表面的空间波定向耦合器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种基于超表面的空间波定向耦合器，可应用于多个终端信号的分频通信操控。

技术背景

耦合器是一种广泛应用于微波电路中的多端口器件，具有众多功能各异的微波分支器件。其中定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合器件，能够实现信号的隔离、分离和混合，因而大量应用于微波测量、功率检测等复杂的微波网络系统。定向耦合器在设计中遵循着高方向性以及高隔离度的设计需求。

传统的定向耦合器基于相位迭加原理，通过小孔耦合或耦合段等方式将主线中特定频率的信号按照一定的功率比例分配到副线中，并互相干涉而在副线中只沿一个方向传输。基于相位迭加原理的传统定向耦合器在波导、微带线、同轴线、光纤等微波电路形式中均能够实现，但其方向性等参数的实现十分依赖于耦合孔间距或耦合段的长度。

电磁超材料具有电性能参数可调的特点，在射频和微波信号传输领域具有十分广阔的应用前景，可以通过对电磁波进行相位调制来实现互相干涉，使得电磁波在副线中只沿一个方向传输，不再依赖于耦合孔间距或耦合段的长度。

例如深圳光启高等理工研究院在其申请的名称为“一种定向耦合器”的(申请号201110148973.6，授权公告号CN 102903993B)专利申请中，公开了一种定向耦合器，包括所述的定向耦合器的耦合端前设置超材料及切换部，所述的超材料使得第一路信号离开所述的超材料进入所述的耦合端时，超材料调制第一路信号相位，使其变化为：(2K+1)π(k为整数)，所述切换部用于切换开超材料，使第二路信号进入耦合端时相位无变化。但是，所述超材料由多个超材料片状基板堆叠形成，超材料片状基板由基材以及多个人造微结构组成，通过改变人造微结构的图案、设计尺寸和/或人造微结构在空间中的排布获得内部的空间调制结果，因此，导致设计难度大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足,提出了一种基于超表面的空间波定向耦合器，实现对多个终端信号的分频通信操控，并降低结构设计的难度。

本发明的技术思路是：

首先利用相位补偿超表面单元相位补偿值的可控特性，通过设置透射性相位梯度超表面模块上每一个相位补偿超表面单元的相位补偿值来实现对透射波束光路偏转的精准调控，并在透射性相位梯度超表面模块改变特定频率电磁波束传输方向的基础上，利用第一频率选择超表面模块和第二频率选择超表面模块的透射频率与反射频率的同时可控特点，将透射频率设置为透射性相位梯度超表面模块的工作频率，将反射频率设置为空间波定向耦合器的耦合频率，同时将第一频率选择超表面模块和第二频率选择超表面模块放置在透射性相位梯度超表面模块的两侧，在保证透射性相位梯度超表面模块工作的同时，实现对反射波束光路的控制，和反射波束频率的方向性以及隔离度；此外，通过改变透射性相位梯度超表面模块的相位梯度值以及第一频率选择超表面模块和第二频率选择超表面模块与透射性相位梯度超表面模块的夹角，可以适应输入端、输出端、耦合端和隔离端的位置变化。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于超表面的空间波定向耦合器，包括平行平板波导1、设置在平行平板波导1的上、下两块金属板之间的透射性相位梯度超表面模块2、第一频率选择超表面模块3、第二频率选择超表面模块4、第一平面波馈源5、第二平面波馈源6、第三平面波馈源7和第四平面波馈源8，且该馈源的辐射主瓣均指向第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4，其特征在于：所述透射性相位梯度超表面模块2、第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4分别由M个等相位梯度排列的相位补偿超表面单元21、N个周期性排列的频率选择型超表面单元31和Q个周期性排列的频率选择型超表面单元41组成，其中，M、N和Q≥6，M、N和Q为正整数；所述第一频率选择超表面模块3与第二频率选择超表面模块4构成V字形结构，所述透射性相位梯度超表面模块2位于第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4之间，且对V字形结构形成角分割。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第一平面波馈源5、第二平面波馈源6、第三平面波馈源7和第四平面波馈源8依次作为空间波定向耦合器的输入端、输出端、耦合端和隔离端，其中，第一平面波馈源5发射平行波束，第二平面波馈源6、第三平面波馈源7和第四平面波馈源8接收平行波束。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述频率选择型超表面单元31和频率选择型超表面单元41的反射频率f₁作为空间波定向耦合器的耦合频率，所述频率选择型超表面单元31和频率选择型超表面单元41的透射频率f₂作为透射性相位梯度超表面模块2的工作频率。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述相位补偿超表面单元21、频率选择型超表面单元31和频率选择型超表面单元41的高度为b，且与平行平板波导1上、下两块金属板内板面之间的距离d相等。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第一频率选择超表面模块3与第二频率选择超表面模块4构成V字形结构，与透射性相位梯度超表面模块2之间的夹角分别为θ₃和θ₄，其中，θ₃+θ₄＝50°，且关于透射性相位梯度超表面模块2所在平面的z轴镜像对称。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第一平面波馈源5与第三平面波馈源7所发出平行波相交处的中心点位于第一频率选择超表面模块3上，且发出的两束平行波在第一频率选择超表面模块3上的入射角分别为θ₅和θ₇，其中，θ₅＝θ₇＝45°。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第二平面波馈源6与第四平面波馈源8所发出平行波相交处的中心点位于第二频率选择超表面模块4上，且发出的两束平行波在第二频率选择超表面模块4上的入射角分别为θ₆和θ₈，其中，θ₆＝θ₈＝45°。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第一平面波馈源5与第二平面波馈源6所发出平行波相交处的中心点位于透射性相位梯度超表面模块2上，且发出的两束平行波在透射性相位梯度超表面模块2上的入射角分别为θ₁和θ₂，其中，θ₁＝θ₂＝20°。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明由于将频率选择型超表面单元的反射频率作为空间波定向耦合器的耦合频率，通过反射将耦合频率的信号传输至耦合端，克服了现有技术中需要通过改变人造微结构的图案、设计尺寸和/或人造微结构在空间中的排布获得内部的空间调制结果的技术问题，降低结构设计的难度。

2、本发明由于通过第一频率选择超表面模块与第二频率选择超表面模块构成V字形结构，并将频率选择型超表面单元的反射频率作为空间波定向耦合器的耦合频率，使得耦合频率的平行波束向耦合端口传输，并与隔离端口相隔离，克服了现有技术中需要通过改变人造微结构的图案、设计尺寸和/或人造微结构在空间中的排布获得内部的空间调制结果，提高方向性的技术问题，使得本发明在11GHz的方向性达到50dB，实现了空间波定向耦合器的高方向性。

3、本发明由于通过调节M个等相位梯度排列的相位补偿超表面单元，使透射性相位梯度超表面模块的相位梯度值发生变化，并改变第一频率选择超表面模块和第二频率选择超表面模块与透射性相位梯度超表面模块之间的夹角θ₃和θ₄，能够调整输入端、输出端、耦合端和隔离端在空间位置上的变化，实现分频定向耦合传输。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构主视图；

图3为本发明的整体结构俯视图；

图4为本发明的相位补偿超表面单元的结构示意图；

图5为本发明的相位补偿超表面单元金属缝隙面板的结构示意图；

图6为本发明的相位补偿超表面单元金属耦合单元的结构示意图；

图7为本发明的频率选择型超表面单元的结构示意图；

图8为本发明的S11、S21、S31、S41参数仿真图；

图9为本发明的10GHz电场仿真图；

图10为本发明的10GHz二维增益仿真图；

图11为本发明的11GHz电场仿真图；

图12是本发明的11GHz二维增益仿真图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。

实施例1

参照图1、图2和图3，一种基于超表面的空间波定向耦合器，包括平行平板波导1、设置在平行平板波导1的上、下两块金属板之间的透射性相位梯度超表面模块2、第一频率选择超表面模块3、第二频率选择超表面模块4、第一平面波馈源5、第二平面波馈源6、第三平面波馈源7和第四平面波馈源8，且该馈源的辐射主瓣均指向第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4，其特征在于：所述透射性相位梯度超表面模块2、第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4分别由M个等相位梯度排列的相位补偿超表面单元21、N个周期性排列的频率选择型超表面单元31和Q个周期性排列的频率选择型超表面单元41组成，其中，M、N和Q≥6，M、N和Q为正整数；所述第一频率选择超表面模块3与第二频率选择超表面模块4构成V字形结构，所述透射性相位梯度超表面模块2位于第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4之间，且对V字形结构形成角分割。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述相位补偿超表面单元21、频率选择型超表面单元31和频率选择型超表面单元41的高度为b，且与平行平板波导1上、下两块金属板内板面之间的距离d相等。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述频率选择型超表面单元31和频率选择型超表面单元41的反射频率f₁作为空间波定向耦合器的耦合频率，所述频率选择型超表面单元31和频率选择型超表面单元41的透射频率f₂作为透射性相位梯度超表面模块2的工作频率。

我们将基于超表面的空间波定向耦合器设计在平行平板波导平台上，利用平行平板波导内的演示效果来模拟自由空间内的实际效果，用平面波馈源来模拟天线远场波束；例如，平行平板波导为上、下两块直径为600mm的圆形金属板，两块金属板的中心对齐，上金属板的下表面与下金属板的上表面之间的间距d＝7.1mm，在上、下两块金属板之间设置有透射性相位梯度超表面模块2、第一频率选择超表面模块3、第二频率选择超表面模块4、第一平面波馈源5、第二平面波馈源6、第三平面波馈源7和第四平面波馈源8，其中透射性相位梯度超表面模块2、第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4构成空间波定向耦合器的核心部分，位于平行平板波导的中心；第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4构成V字形结构，V字形结构高为b＝7.1mm，透射性相位梯度超表面模块2位于第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4之间，与第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4之间的夹角分别为θ₃和θ₄，其中第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4的反射频率f₁作为空间波定向耦合器的耦合频率，第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4的透射频率f₂与透射性相位梯度超表面模块2的工作频率相一致；第一平面波馈源5、第二平面波馈源6、第三平面波馈源7和第四平面波馈源8位于V字形结构外围，并发射或接收平行波束，其中第一平面波馈源5与第三平面波馈源7所发出的两束平行波在第一频率选择超表面模块3上的入射角分别为θ₅和θ₇，θ₅＝θ₇，第二平面波馈源6与第四平面波馈源8所发出的两束平行波在第二频率选择超表面模块4上的入射角分别为θ₆和θ₈，θ₆＝θ₈，第一平面波馈源5与第二平面波馈源6所发出的两束平行波在透射性相位梯度超表面模块2上的入射角分别为θ₁和θ₂，其中θ₁＝θ₅-θ₃，θ₂＝θ₆-θ₄。

所述透射性相位梯度超表面模块2由24个等相位梯度排列的相位补偿超表面单元21组成，其中透射性相位梯度超表面模块2在单位长度上的相位梯度值的计算公式为：

其中λ为透射性相位梯度超表面模块2在工作频率f₂下的波长。

由于相位补偿超表面单元21的长度固定，故透射性相位梯度超表面模块2由多个相位补偿超表面单元21按照等相位梯度排列组成，用于实现在工作频率f₂下，第一平面波馈源5与第二平面波馈源6之间的平行波束通信。

所述第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4分别由16个周期性排列的频率选择型超表面单元31和16个周期性排列的频率选择型超表面单元41组成，使得第一频率选择超表面模块3的反射频率和透射频率与频率选择型超表面单元31的反射频率和透射频率一致，第二频率选择超表面模块4的反射频率和透射频率与频率选择型超表面单元41的反射频率和透射频率一致，此外，频率选择型超表面单元31与频率选择型超表面单元41的结构尺寸相同，使得第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4的反射频率相同，透射频率相同。第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4与透射性相位梯度超表面模块2之间的夹角分别为θ₃和θ₄，令θ₃＝θ₄，使得θ₁＝θ₂，从而实现第一平面波馈源5所发出的平行波束，在透过相位梯度超表面模块2前后的波束宽度不变，使第二平面波馈源6能够完全接收第一平面波馈源5所发出的信号；通过调整θ₃和θ₄的值，使得在反射频率f₁下，第一频率选择超表面模块3利用镜面反射能够实现第一平面波馈源5与第三平面波馈源7之间的平行波束通信，第二频率选择超表面模块4利用镜面反射能够实现第二平面波馈源6与第四平面波馈源8之间的平行波束通信。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第一平面波馈源5、第二平面波馈源6、第三平面波馈源7和第四平面波馈源8依次作为空间波定向耦合器的输入端、输出端、耦合端和隔离端，其中，第一平面波馈源5发射平行波束，第二平面波馈源6、第三平面波馈源7和第四平面波馈源8接收平行波束。

使得在反射频率f₁下，第一平面波馈源5所发出的平行波束到达第三平面波馈源7，在透射频率f₂下，第一平面波馈源5所发出的平行波束到达第二平面波馈源6，实现分频定向耦合传输。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第一频率选择超表面模块3与第二频率选择超表面模块4构成V字形结构，与透射性相位梯度超表面模块2之间的夹角分别为θ₃和θ₄，其中，θ₃+θ₄＝50°，且关于透射性相位梯度超表面模块2所在平面的z轴镜像对称。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第一平面波馈源5与第三平面波馈源7所发出平行波相交处的中心点位于第一频率选择超表面模块3上，且发出的两束平行波在第一频率选择超表面模块3上的入射角分别为θ₅和θ₇，其中，θ₅＝θ₇＝45°。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第二平面波馈源6与第四平面波馈源8所发出平行波相交处的中心点位于第二频率选择超表面模块4上，且发出的两束平行波在第二频率选择超表面模块4上的入射角分别为θ₆和θ₈，其中，θ₆＝θ₈＝45°。

上述基于超表面的空间波定向耦合器，所述第一平面波馈源5与第二平面波馈源6所发出平行波相交处的中心点位于透射性相位梯度超表面模块2上，且发出的两束平行波在透射性相位梯度超表面模块2上的入射角分别为θ₁和θ₂，其中，θ₁＝θ₂＝20°。

参照图4、图5、图6和图7

图4为本实施例所采用的相位补偿超表面单元21，宽a＝7.3mm，高b＝7.1mm，由6层厚度h＝0.5mm、相对介电常数为4.4的FR4介质板和两种金属薄膜(金属缝隙面板22和金属耦合单元23)，按照金属缝隙面板22+介质板+金属耦合单元23+介质板+金属缝隙面板22+介质板+金属耦合单元23+介质板+金属缝隙面板22+介质板+金属耦合单元23+介质板+金属缝隙面板22的顺序复合而成，并保持中心对齐，其中金属缝隙面板22和金属耦合单元23的结构分别如图5和图6所示：对于金属缝隙面板22，如图5所示，包括一层与介质板表面大小相同的金属薄膜以及蚀刻在金属薄膜表面中心的矩形缝隙环，其中矩形缝隙环外轮廓的宽a1＝7.2mm，高b1，缝隙宽度g＝0.2mm；对于金属耦合单元23，如图6所示，为宽a2＝1.5mm，高b2＝7.1mm的矩形金属薄膜。

在多个相位补偿超表面单元21排布组成透射性相位梯度超表面模块2的过程中，由于相邻单元之间的距离均为a，故相邻透射型超表面单元之间形成等相位梯度值

其中λ＝30mm，为透射性相位梯度超表面模块2的工作频率f₂＝10GHz下的波长，通过调整每个相位补偿超表面单元21上金属缝隙面板22的参数b1，以6.776mm、6.635mm、6.395mm、6.119mm、5.749mm、5.278mm为周期沿宽边a所在方向，向V字形结构夹角内进行拓扑来实现不同的相位补偿值0°，60°，120°，180°，240°，300°，进而实现等相位梯度值60°，最终使得第一平面波馈源5发出的平行波束在透过第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4并在透射性相位梯度超表面模块2上发生透射时，透射波束能够到达第二平面波馈源6。

所述频率选择型超表面单元31，41采用相同的结构设计，如图7所示，单元为宽a3＝15mm，高b＝7.1mm的矩形金属片，其表面中心蚀刻有两个嵌套的C形槽，两C形槽开口方向一致且中心重合，其中：外C形槽，宽a4＝13.75mm，高为2×b4＝6mm，缝隙宽度w＝0.2mm；内C形槽，宽a5＝11.09mm，高为2×b5＝5.2mm，缝隙宽度w＝0.2mm。以上频率选择型超表面单元31，41的结构设计，使得第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4的反射频率f₁＝11GHz，透射频率f₂＝10GHz。

通过上述具体设计，使得在反射频率f₁＝11GHz下，第一平面波馈源5所发出的平行波束到达第三平面波馈源7，在透射频率f₂＝10GHz下，第一平面波馈源5所发出的平行波束到达第二平面波馈源6，实现分频定向耦合传输。

以下结合仿真实验结果，对本发明的技术效果作进一步详细描述。

参照图8、图9、图10、图11和图12

1、仿真条件：

使用商业仿真软件CST Microwave Studio2017对上述实施例进行。

2、仿真内容：

仿真1，对具体实施例在8.2GHz～12.4GHz的S11、S21、S31、S41参数进行仿真，其结果如图8所示；

仿真2，对具体实施例在透射频率f₂＝10GHz下，仅第一平面波馈源5辐射电磁波时的近场电场图进行了仿真，其结果如图9所示；

仿真3，对具体实施例在透射频率f₂＝10GHz下，仅第一平面波馈源5辐射电磁波时的二维辐射增益曲线进行了仿真，其结果如图10所示；

仿真4，对具体实施例在反射频率f₁＝11GHz下，仅第一平面波馈源5辐射电磁波时的近场电场图进行了仿真，其结果如图11所示；

仿真5，对具体实施例在反射频率f₁＝11GHz下，仅第一平面波馈源5辐射电磁波时的二维辐射增益曲线进行了仿真，其结果如图12所示；

仿真结果分析：

参照图8，本发明实施例是基于超表面的空间波定向耦合器在8.2GHz～12.4GHz的S11、S21、S31、S41参数曲线，其中输入端、输出端、耦合端和隔离端分别对应端口1、2、3和4。仿真结果说明，本发明基于超表面的空间波定向耦合器的耦合频率锁定在反射频率f₁＝11GHz，方向系数在40dB以上，表明该实施例在耦合频率处具有方向性，同时在透射频率f₂＝10GHz处S21值接近0dB，表明输入端与输出端之间能够正常传输电磁波。

参照图9，本发明实施例的基于超表面的空间波定向耦合器在透射频率f₂＝10GHz下，仅第一平面波馈源5工作时的近场电场图，仿真结果说明，由输入端发出的平行波束，在经过透射性相位梯度超表面模块2、第一频率选择超表面模块3和第二频率选择超表面模块4后，能够顺利到达输出端。

参照图10，本发明实施例的基于超表面的空间波定向耦合器在透射频率f₂＝10GHz下，仅第一平面波馈源5工作时的二维辐射增益仿真图，仿真结果说明，本发明在完成输入端与输出端之间的电磁波传输过程中，平行波束无明显发散。

参照图11，本发明实施例的基于超表面的空间波定向耦合器在反射频率f₁＝11GHz下，仅第一平面波馈源5工作时的近场电场图，仿真结果说明，由输入端发出的平行波束，在第一频率选择超表面模块3上发生镜面反射后，能够顺利到达耦合端，同时在隔离端上实现信号隔离。

参照图12，本发明实施例的基于超表面的空间波定向耦合器在反射频率f₁＝11GHz下，仅第一平面波馈源5工作时的二维辐射增益仿真图，仿真结果说明，本发明在完成输入端向耦合端的电磁波传输过程中，平行波束无明显发散。

以上描述仅是本发明的优选实施方式，并不对本发明构成限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创新构思的前提下所做出的若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于超表面的空间波定向耦合器，包括平行平板波导(1)、设置在平行平板波导(1)的上、下两块金属板之间的透射性相位梯度超表面模块(2)、第一频率选择超表面模块(3)、第二频率选择超表面模块(4)、第一平面波馈源(5)、第二平面波馈源(6)、第三平面波馈源(7)和第四平面波馈源(8)，且第一平面波馈源(5)和第三平面波馈源(7)的辐射主瓣指向第一频率选择超表面模块(3)，第二平面波馈源(6)和第四平面波馈源(8)的辐射主瓣指向第二频率选择超表面模块(4)，其特征在于：所述透射性相位梯度超表面模块(2)、第一频率选择超表面模块(3)和第二频率选择超表面模块(4)分别由M个等相位梯度排列的相位补偿超表面单元(21)、N个周期性排列的频率选择型超表面单元(31)和Q个周期性排列的频率选择型超表面单元(41)组成，其中，M、N和Q≥6，M、N和Q为正整数；所述第一频率选择超表面模块(3)与第二频率选择超表面模块(4)构成V字形结构，所述透射性相位梯度超表面模块(2)位于第一频率选择超表面模块(3)和第二频率选择超表面模块(4)之间，且对V字形结构形成角分割。

2.根据权利要求1所述的基于超表面的空间波定向耦合器，其特征在于：所述第一平面波馈源(5)、第二平面波馈源(6)、第三平面波馈源(7)和第四平面波馈源(8)依次作为空间波定向耦合器的输入端、输出端、耦合端和隔离端，其中，第一平面波馈源(5)发射平行波束，第二平面波馈源(6)、第三平面波馈源(7)和第四平面波馈源(8)接收平行波束。

3.根据权利要求1所述的基于超表面的空间波定向耦合器，其特征在于：所述频率选择型超表面单元(31)和频率选择型超表面单元(41)的反射频率f₁作为空间波定向耦合器的耦合频率，所述频率选择型超表面单元(31)和频率选择型超表面单元(41)的透射频率f₂作为透射性相位梯度超表面模块(2)的工作频率。

4.根据权利要求1所述的基于超表面的空间波定向耦合器，其特征在于：所述相位补偿超表面单元(21)、频率选择型超表面单元(31)和频率选择型超表面单元(41)的高度为b，且与平行平板波导(1)上、下两块金属板内板面之间的距离d相等。

5.根据权利要求1所述的基于超表面的空间波定向耦合器，其特征在于：所述第一频率选择超表面模块(3)与第二频率选择超表面模块(4)构成V字形结构，与透射性相位梯度超表面模块(2)之间的夹角分别为θ₃和θ₄，其中，θ₃+θ₄＝50°，且关于透射性相位梯度超表面模块(2)所在平面的z轴镜像对称。

6.根据权利要求1所述的基于超表面的空间波定向耦合器，其特征在于：所述第一平面波馈源(5)与第三平面波馈源(7)所发出平行波相交处的中心点位于第一频率选择超表面模块(3)上，且发出的两束平行波在第一频率选择超表面模块(3)上的入射角分别为θ₅和θ₇，其中，θ₅＝θ₇＝45°。

7.根据权利要求1所述的基于超表面的空间波定向耦合器，其特征在于：所述第二平面波馈源(6)与第四平面波馈源(8)所发出平行波相交处的中心点位于第二频率选择超表面模块(4)上，且发出的两束平行波在第二频率选择超表面模块(4)上的入射角分别为θ₆和θ₈，其中，θ₆＝θ₈＝45°。

8.根据权利要求1所述的基于超表面的空间波定向耦合器，其特征在于：所述第一平面波馈源(5)与第二平面波馈源(6)所发出平行波相交处的中心点位于透射性相位梯度超表面模块(2)上，且发出的两束平行波在透射性相位梯度超表面模块(2)上的入射角分别为θ₁和θ₂，其中，θ₁＝θ₂＝20°。

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