CN111541043A - 辐射散射调控的1比特可激励数字编码超表面 - Google Patents

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Abstract

提出一种可激励数字编码超表面单元，其为长方体结构，上下表面均为正方形，包括介质板、介质板上表面金属贴片、介质板下表面金属贴片、穿过介质板上下表面的金属探针，以及介质板下表面的SMA接口。通过对超表面单元及其旋转90°单元进行1bit编码，通过棋盘组阵构成1bit可激励数字编码超表面阵列。10dB的单站RCS减缩覆盖4.88‑7.36GHz，最大减缩量超过了30dB，辐射带宽覆盖7.59‑7.64GHz。通过不同的激励条件可以实现线极化、左旋圆极化和单波束、四波束辐射。该方法1bit可激励数字编码超表面拓展了数字编码超表面的工作特性，极大扩展了超表面的应用范围。

Description

辐射散射调控的1比特可激励数字编码超表面
技术领域
本发明涉及多功能数字编码超表面设计技术，具体涉及一种1比特(bit)可激 励数字编码超表面。
背景技术
超材料是指具有自然界普通材料所不具备的超常物理特性的亚波长人工复 合周期或非周期结构，其工作频段包括了微波频段、太赫兹频段以及光学频段 等。超表面是一种二维结构的超材料，由于其具有厚度薄、易共形等特点，已 经受到越来越多国家的关注，超表面已经在微波电路及天线隐身技术应用中显 现出了极其重要的价值。2014年“数字超材料”(Tie Jun Cui，Mei Qing Qi，Xiang Wan，Jie Zhao，Qiang Cheng，Light：Scienceand Application.vol.3，no.10，pp.1-8， 2014)的提出为超材料和超表面的发展注入了新的活力，相比传统等效媒质理论 的“媒质超材料”，编码超材料对电磁波的调控功能直接取决于数字化超材料的编 码序列，通过精心设计编码序列即可将其远区散射波束朝着设计方向任意偏转， 同时不同码字单元的切换可以直接通过现场可编程门阵列控制超材料的结构实 现，这一全新理念极大简化了设计流程和操控难度，更为散射波束的调控提供 了有效途径。然而由于有源器件的加载和超材料结构实时变换的影响，导致数 字超材料的工作带宽较窄；同时超材料本身不具有电磁波辐射的功能。为拓展 超材料和超表面的功能，文献“宽带多功能极化可控超表面”(Pin Chieh Wu， Weiming Zhu，Zhong Xiang Shen，Peter Han Joo Chong，Wee Ser，Din Ping Tsai， Ai-Qun Liu，Advanced OpticalMaterials，vol.5，pp.1600938，2017)通过液态金属-镓 铟锡合金的加载，可以实现9.5GHz～18GHz范围的宽带线-交叉线以及线-原始线 极化的控制，但所设计的超表面只是将电磁波极化的转换到另一种交叉线极化 电磁波，超表面本身不具有雷达散射截面积(RadarCross Section，RCS)减缩功能 和电磁波辐射功能。为了减缩天线RCS，文献“基于数字超表面的低散射高增益 Fabry-Perot天线”(Lei Zhang，Xiang Wan，Shuo Liu，Jia Yuan Yin，Qian Zhang，Hao Tian Wu，and Tie Jun Cui，IEEE Transaction on Antenna andPropagation，vol.65， no.7，pp.3374-3383，2017)将部分反射超表面、超表面地与传统微带天线相结合， 组合形成了Fabry-Perot天线，由于口径面积的极具增大，设计的天线具有19dB 的增益；由于不同超表面具有相位差，其RCS在8～12GHz范围内具有5dB以 上的减缩效果，仿真和测试验证了其性能。但该天线由于超表面的加载，其剖 面高度是原始天线的7.5倍，其面积为3.67λ×3.67λ(λ为10GHz对应的波长， λ＝30mm)。从已有的研究可以发现，现有的超表面不具有可辐射的功能，即使 是超表面与天线的结合，也只是简单的组合，超表面单元与天线之间没有直接 的联系。在实际的应用中，多功能低散射可辐射的超表面具有重要的应用场合， 无论隐身机载平台上的无线通信系统亦或是电磁对抗系统，均需要辐射散射调 控的数字编码超表面。
发明内容
为增强战机等平台的整体隐身性能和武器装备平台的利用效率，本发明提 出一种可激励数字编码超表面单元，该单元是长方体结构，其上下表面均为正 方形，包括介质板、介质板上表面金属贴片、介质板下表面金属贴片、穿过介 质板上下表面的金属探针，以及介质板下表面的SMA接口；
介质板为长方体结构，其上下表面均为正方形，边长为l1，l1也是可激励 数字编码超表面单元的周期长度；可激励数字编码超表面单元周期长度l1为介 质板上下表面的正方形边长；
上表面金属贴片包括正方形开口环和长方形金属贴片；如果不考虑缺口， 正方形开口环是位于介质板上表面的正方形环，正方形开口环的外环、内环均 为正方形，外环、内环的中心与介质板上表面中心重合，外环、内环的四条边 与介质板上表面的四条边分别平行，但正方形开口环含开口的外边长l2小于周 期长度l1；正方形开口环的缺口位于环的左上和右下两个方向上的直角拐弯处， 相当于以介质板上表面左上、右下两个顶点的连线为对称轴，沿左上、右下方 向以一定宽度切割出一个槽；
长方形金属贴片整体呈长方形，位于介质板上表面大致中心的位置，被正 方形开口环包围；长方形金属贴片主体呈左上、右下方向，在长方形金属贴片 宽度方向的轴线上一点打通孔，该通孔垂直于介质板上表面并继续向下延伸， 直至贯穿整个可激励数字编码超表面单元，便于金属探针穿过；长方形金属贴 片被金属探针穿过的上半部分为矩形，下半部分的中间蚀刻矩形孔；
可激励数字编码超表面单元下表面由SMA接口以及矩形金属贴片组成，矩 形金属贴片整体覆盖介质板下表面，在与通孔对应的位置蚀刻圆孔，用于放置 SMA接口，SMA接口与矩形金属贴片紧密连接；如上所述，SMA接口的馈电 内芯金属探针贯穿介质板，与长方形金属贴片连接。
在本发明的一个实施例中，
可激励数字编码超表面单元周期长度l1在10-20mm范围内；厚度h在 0.5-8.5mm范围内；
正方形开口环含开口的外边长l2在9.5-19.5mm范围内；正方形开口环的单 边宽度w1在0.3-9.3mm范围内；正方形开口环的缺口长度，即缺口沿右上、左 下方向的宽l3在2.2-12.2mm范围内；
长方形金属贴片的在左上、右下方向的长度l4在2.2-30.2mm范围内；长方 形金属贴片的宽度在右上、左下方向的宽度w2在1.2-11.2mm范围内；矩形孔 在左上、右下方向的长度l5在1-29mm范围内；矩形孔在右上、左下方向的宽 度w3在1-11mm范围内；矩形孔右上和左下的宽度相同，宽度在0.2-5mm范围 内；矩形孔右下的宽度在0.2-8mm范围内。
在本发明的一个较具体实施例中，可激励数字编码超表面单元周期长度l1 为15.0mm；厚度h为3.0mm；介电常数在2.55-10.3范围内，损耗角正切在 0.0001-0.025范围内；
正方形开口环含开口的外边长l2为14.5mm，正方形开口环的单边宽度w1 在1-5mm范围内；正方形开口环的缺口长度l3为正方形开口环单边宽度的
Figure BSA0000201624870000031
倍；
长方形金属贴片的在左上、右下方向的长度l4为12.0mm；长方形金属贴片 的宽度在右上、左下方向的宽度w2为5.0mm；矩形孔在左上、右下方向的长度 l5为5.0mm；矩形孔在右上、左下方向的宽度w3为3.5mm；矩形孔右上和左下 的宽度相同，宽度为0.75mm；矩形孔右下的宽度为1.0；
可激励数字编码超表面单元的上下表面所有金属贴片的厚度均在 0.02-0.1mm范围内。
在本发明的一个具体实施例中，正方形开口环的单边宽度w1为3.2mm；正 方形开口环的缺口长度l3为7.0mm。
在本发明的另一个实施例中，在上表面金属贴片处，金属探针与矩形孔宽 边距离l6在0.2-6mm范围内；金属探针的半径r1在0.1-1mm范围内；SMA接 口的外金属与超表面单元下表面矩形金属贴片相连。
在本发明的一个具体实施例中，在上表面金属贴片处，金属探针与矩形孔 宽边距离l6为2.2mm；金属探针的半径r为0.45mm。
还提出一种基于上述可激励数字编码超表面单元的辐射散射调控的1比特 可激励数字编码超表面，
对可激励数字编码超表面单元进行1bit编码，对应码字为“1”；
将上述单元整体进行方位面旋转90°后，进行编码，对应码字为“0”；
为保持电磁波散射的调控特性，将码字“0”和“1”均设为m×m大小的周期， 形成各自的子阵列，m范围是2-200；辐射散射调控的1bit可激励数字编码超表 面阵列由个数相同的子阵列组成，具体阵列大小n×n，其中n是m的整数倍，n 的范围是4-1600。
在本发明的一个实施例中，m范围是2-10。
在本发明的一个具体实施例中，m为3；n为18。
在本发明的一个更具体实施例中，1bit可激励数字编码超表面阵列的棋盘布 阵形式，按照自上而下、从左往右的顺序，阵列的具体码字序列为 “000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000 /111//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000/ /000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//111/ 000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//000/111/ 000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//111/000/111/0 00/111/000//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000”。
本发明的1bit可激励数字编码超表面拓展了数字编码超表面的工作特性， 使超表面的应用范围更加广泛。
附图说明
图1示出本发明提出的可激励数字编码超表面单元结构图、1bit可激励数字 编码超表面的“1”和“0”码字单元、1bit可激励数字编码超表面的布阵形式和加工 样品，其中图1(a)示出可激励数字编码超表面单元的立体正视图，图1(b)示出可 激励数字编码超表面单元的立体后视图，图1(c)示出1bit可激励数字编码超表面 的“1”码字单元，图1(d)示出1bit可激励数字编码超表面的“0”码字单元，图1(e) 示出1bit可激励数字编码超表面的布阵形式；
图2示出本发明提出的在入射波朝-z方向下可激励数字编码超表面“1”和 “0”码字单元的频响曲线、极化转换效率曲线和相位差曲线，其中图2(a)是可激 励数字编码超表面“1”和“0”码字单元的反射幅度，图2(b)是可激励数字编码超表 面“1”和“0”码字单元的反射相位，图2(c)是可激励数字编码超表面“1”和“0”码 字单元的极化转换效率曲线，图2(d)是可激励数字编码超表面“1”和“0”码字单 元的反射相位差曲线；
图3示出本发明提出的馈电激励条件下可激励数字编码超表面“1”和“0”码 字单元有源反射系数S11的振幅曲线；
图4示出本发明提出的1bit可激励数字编码超表面加工测试样品；
图5示出本发明提出的1bit可激励数字编码超表面阵列的单站RCS减缩仿 真和测试曲线，其中图5(a)示出单站RCS减缩仿真曲线，图5(b)示出单站RCS 减缩测试曲线；
图6示出本发明提出的1bit可激励数字编码超表面阵列在6.71GHz的双站 RCS归一化散射方向图仿真和测试曲线，其中图6(a)示出xoz面归一化散射方 向图仿真曲线，图6(b)示出xoz面归一化散射方向图测试曲线，图6(c)示出yoz 面归一化散射方向图仿真曲线，图6(d)示出yoz面归一化散射方向图测试曲线；
图7示出本发明提出的1bit可激励数字编码超表面阵列仿真和测试的反射 系数曲线与轴比曲线，其中图7(a)示出仿真和测试的反射系数曲线，图7(b)示出 仿真和测试的轴比曲线；
图8示出本发明提出的1bit可激励数字编码超表面阵列在等幅同相激励时7.62GHz的仿真和测试方向图，其中图8(a)示出仿真的E面和H面方向图，图 8(b)示出测试的E面和H面方向图；
图9示出本发明提出的1bit可激励数字编码超表面阵列等幅0和π/2棋盘相 位激励时7.62GHz的仿真和测试方向图，其中图9(a)示出仿真的E面和H面方 向图，图9(b)示出测试的E面和H面方向图；
图10示出本发明提出的1bit可激励数字编码超表面阵列等幅0、π/2、π、3π/2 棋盘相位激励时7.62GHz的仿真和测试方向图，其中图10(a)示出仿真的E面和 H面方向图，图10(b)示出测试的E面和H面方向图。
具体实施方式
本发明提出辐射散射调控的1bit可激励数字编码超表面，如图1所示，图 1(a)示出可激励数字编码超表面单元的立体正视图，图1(b)示出可激励数字编码 超表面单元的立体后视图。可激励数字编码超表面单元为长方体结构，其上下 表面均为正方形，包括介质板、介质板上表面金属贴片、介质板下表面金属贴 片、穿过介质板的金属探针，以及介质板下表面的SMA接口。
介质板为长方体结构，其上下表面均为正方形，边长为l1，l1也是可激励 数字编码超表面单元的周期长度；可激励数字编码超表面单元上下表面正方形 的边长(即周期长度)l1在10-20mm范围内，优选值为15.0mm，厚度h在 0.5-8.5mm范围内，优选值为3.0mm，介电常数在2.55-10.3范围内，优选值为 3.0，损耗角正切在0.0001-0.025范围内，优选值为0.003。
可激励数字编码超表面单元周期长度l1即为介质板上下表面的正方形边 长，其上表面金属贴片包括正方形开口环和长方形金属贴片。如果不考虑缺口， 正方形开口环是位于介质板上表面的正方形环，正方形开口环的外环、内环均 为正方形，外环、内环的中心与介质板上表面中心重合，外环、内环的四条边 与介质板上表面的四条边分别平行，但正方形开口环含开口的外边长l2小于周 期长度l1。正方形开口环的缺口位于环的左上和右下两个方向上的直角拐弯处， 相当于以介质板上表面左上、右下两个顶点的连线为对称轴，沿左上、右下方 向以一定宽度切割出一个槽。
正方形开口环含开口的外边长l2在9.5-19.5mm范围内，优选值为14.5mm， 正方形开口环的单边宽度w1在0.3-9.3mm范围内，优选值1-5mm，最优选为 3.2mm。正方形开口环的缺口长度(即缺口沿右上、左下方向的宽度)l3在 2.2-12.2mm范围内，优选值为7.0mm，缺口宽度通常为正方形开口环单边宽度 的
Figure BSA0000201624870000061
倍。
长方形金属贴片整体呈长方形，位于介质板上表面大致中心的位置，被正 方形开口环包围。长方形金属贴片主体呈左上、右下方向(类似于从水平方向 顺时针旋转了45°)。在长方形金属贴片宽度方向的轴线上一点打通孔，该通孔 垂直于介质板上表面并继续向下延伸，直至贯穿整个可激励数字编码超表面单 元，便于金属探针穿过；长方形金属贴片。被金属探针穿过的上半部分为矩形， 下半部分的中间蚀刻矩形孔。长方形金属贴片的长(左上、右下方向的长度)l4 在2.2-30.2mm范围内，优选值为12.0mm。长方形金属贴片的宽度(右上、左 下方向的宽度)w2在1.2-11.2mm范围内，优选值为5.0mm。矩形孔长(左上、 右下方向的长度)l5在1-29mm范围内，优选值为5.0mm；矩形孔宽(右上、 左下方向的宽度)w3在1-11mm范围内，优选值为3.5mm；矩形孔右上和左下 的宽度相同，宽度在0.2-5mm，优选值为0.75mm；矩形孔右下的宽度在0.2-8mm， 优选值为1.0。
可激励数字编码超表面单元下表面由SMA接口以及矩形金属贴片组成，矩 形金属贴片整体覆盖介质板下表面，在与通孔对应的位置蚀刻圆孔，用于放置 SMA接口，SMA接口与矩形金属贴片紧密连接。SMA接口的馈电内芯金属探 针贯穿介质板，与长方形金属贴片连接。
在上表面金属贴片处，金属探针与矩形孔宽边距离l6在0.2-6mm范围内， 优选值为2.2mm，其位于长方形金属贴片宽度方向的轴线上，金属探针贯穿介 质板上下表面左上、右下方向轴线上的一点即可，金属探针的半径r1在0.1-1mm 范围内，优选值为0.45mm。SMA接口的外金属与超表面单元下表面矩形金属 贴片相连。
可激励数字编码超表面单元的上下表面所有金属贴片的厚度均在 0.02-0.1mm范围内，优选值为0.036mm。
对上述可激励数字编码超表面单元进行1bit编码，对应码字为“1”，将上述 单元整体进行方位面旋转(例如，可激励数字编码超表面单元放置在水平面时， 水平旋转)90°后(图中是逆时针转动90°，但是顺时针转动90°也可以)，进行编码， 对应码字为“0”，图1(c)示出1bit可激励数字编码超表面的“1”，图1(d)示出“0” 码字单元(两个码字和对应结构可以互换，图1(c)为“0”码字单元，图1(d)为“1” 码字单元)。为保持电磁波散射的调控特性，将码字“0”和“1”均设为m×m大小的 周期，形成各自的子阵列，m可选2-200，优选2-10，最优选值为3。辐射散射 调控的1bit可激励数字编码超表面阵列由个数相同的子阵列组成，具体阵列大 小n×n，其中n是m的整数倍，n可选4-1600，优选值为18。图1(e)示出1bit可激励数字编码超表面阵列的棋盘布阵形式，按照自上而下、从左往右的顺序， 阵列的具体码字序列为 “000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000 /111//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000/ /000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//111/ 000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//000/111/ 000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//111/000/111/0 00/111/000//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000”。例如，自上而下， 先第一行，从左往右码字序列为“000/111/000/111/000/111”，再第二行从左往右 码字序列为“000/111/000/111/000/111”。
借助HFSS 2019软件中的主从边界和Flouquet端口进行模拟仿真，入射波 沿着-z方向垂直入射，图2(a)、(b)分别给出可激励数字编码超表面“1”和“0”码字 单元的反射幅度和反射相位频响曲线。从图2(a)可以看出，同极化的-10dB的反 射幅度带宽为4.88-7.65GHz，相对带宽达到了44.21％，同时在4.88-7.65GHz范 围内交叉极化的幅度约为0dB，即在该频段范围内反射电磁波极化转化为了与入 射波正交的交叉极化电磁波。从图2(b)的反射相位模值曲线可以看出，“0”码字 单元在4.88-7.65GHz范围的交叉极化反射相位从180°下降到了-30°，“1”码字单 元在该范围的交叉极化反射相位也在-180°至180°范围内变化。从图2(c)的极化 转换效(Polarization Conversion Ratio，PCR)曲线可以看出，在3.0-9.0GHz范围内 “1”码字单元和“0”码字单元的PCR几乎完全重合，且两个码字单元PCR超过 90％的频带覆盖4.88-7.65GHz，相对带宽达到了44.21％。从图2(d)“1”码字单元 和“0”码字单元的反射波相位差可以看出，在3.0-9.0GHz范围内1”和“0”码字单 元的反射波相位差始终保持在180°±8°范围内。
图3给出可激励数字编码超表面“1”和“0”码字单元在馈电激励条件下的有 源反射系数S11的振幅曲线，可以看出该超表面-10dB的带宽为7.69-7.76GHz， 说明在该频段范围内可激励数字编码超表面能够处于良好的阻抗匹配状态。
制作18×18(即n＝18)的辐射散射调控的1bit可激励数字编码超表面阵列 实物样品(如图4所示)，用矢量网络分析仪和两个工作在2-10GHz的宽带喇叭天 线，采用空间波法测量上述1bit可激励数字编码超表面阵列和同等面积大小金 属平板的单站RCS，图5(a)、(b)分别给出1bit可激励数字编码超表面阵列的单 站RCS减缩曲线仿真结果和测试结果；从图中测试结果可知，1bit可激励数字 编码超表面阵列对不同极化的电磁波均有较好的RCS减缩效果，在3-9GHz范 围均有单站RCS减缩效果，且10dB的单站RCS减缩覆盖4.88-7.36GHz，最大 减缩量超过了30dB，测试结果和仿真结果吻合较好。
图6(a)、(b)分别给出1bit可激励数字编码超表面阵列在6.71GHz的xoz面 双站RCS归一化散射方向图仿真曲线和测试曲线，图6(c)、(d)分别给出1bit可 激励数字编码超表面阵列在6.71GHz的yoz面双站RCS归一化散射方向图仿真 曲线和测试曲线。从图中可以看出，仿真结果和测试结果吻合较好，1bit可激励 数字编码超表面阵列能够有效将垂直方向的散射波束打散到其它-45°至45°范围 以外的方向上，垂直入射方向的散射波束得到了有效控制，RCS减缩量超过了 30dB。
图7(a)分别给出1bit可激励数字编码超表面阵列仿真和测试的反射系数曲 线，从图中测试结果可知1bit可激励数字编码超表面阵列的-10dB覆盖带宽为 7.59-7.64GHz，仿真与测试吻合较好。当1bit可激励数字编码超表面阵列激励相 位分别为等幅0和π/2棋盘相位时，图7(b)分别给出1bit可激励数字编码超表面 阵列仿真和测试的轴比曲线，从图中结果可知，在7.59-7.64GHz范围内仿真和 测试轴比均小于2dB，测试和仿真结果吻合较好，说明1bit可激励数字编码超 表面阵列可以在7.59-7.64GHz实现圆极化的电磁波辐射。
图8给出1bit可激励数字编码超表面阵列在等幅同相激励时7.62GHz的仿 真和测试方向图，其中图8(a)给出了仿真的E面和H面方向图，图8(b)给出了 测试的E面和H面方向图；通过图8可知，1bit可激励数字编码超表面阵列样 件能够获得较好的主瓣方向图，仿真与测试的结果吻合较好。
图9示给出1bit可激励数字编码超表面阵列再等幅0和π/2棋盘相位激励时7.62GHz的仿真和测试方向图，图9(a)给出了仿真的phi＝0°和phi＝90°面的左旋 圆极化方向图，图9(b)给出了测试的phi＝0°和phi＝90°面的左旋圆极化方向图； 通过图9可知，仿真和测试吻合较好，表明1bit可激励数字编码超表面阵列可 以实现较好的左旋圆极化辐射。
图10示给出1bit可激励数字编码超表面阵列等幅0、π/2、π、3π/2棋盘相 位激励时7.62GHz的仿真和测试方向图，其中图10(a)给出了仿真的E面和H面 方向图，图10(b)给出测试的E面和H面方向图；通过图9可知，仿真和测试吻 合较好，表明1bit可激励数字编码超表面阵列可以实现多波束的辐射效果。
本发明的辐射散射调控的1bit可激励数字编码超表面，通过将超表面设计 技术与阵列天线理论有机结合，创新提出了可激励数字编码超表面，并通过1bit 可激励数字编码超表面阵列的设计，实现了超表面的不同极化、多波束等辐射 功能，同时有效控制了散射波束，减缩了RCS；本发明可用于机载、舰载等射 频无线系统，具有较高的工程应用价值，同时也拓展了数字编码超表面的工程 应用范围。

Claims (10)

1.可激励数字编码超表面单元，其特征在于，是长方体结构，其上下表面均为正方形，包括介质板、介质板上表面金属贴片、介质板下表面金属贴片、穿过介质板上下表面的金属探针，以及介质板下表面的SMA接口；
介质板为长方体结构，其上下表面均为正方形，边长为l1，l1也是可激励数字编码超表面单元的周期长度；可激励数字编码超表面单元周期长度l1为介质板上下表面的正方形边长；
上表面金属贴片包括正方形开口环和长方形金属贴片；如果不考虑缺口，正方形开口环是位于介质板上表面的正方形环，正方形开口环的外环、内环均为正方形，外环、内环的中心与介质板上表面中心重合，外环、内环的四条边与介质板上表面的四条边分别平行，但正方形开口环含开口的外边长l2小于周期长度l1；正方形开口环的缺口位于环的左上和右下两个方向上的直角拐弯处，相当于以介质板上表面左上、右下两个顶点的连线为对称轴，沿左上、右下方向以一定宽度切割出一个槽；
长方形金属贴片整体呈长方形，位于介质板上表面大致中心的位置，被正方形开口环包围；长方形金属贴片主体呈左上、右下方向，在长方形金属贴片宽度方向的轴线上一点打通孔，该通孔垂直于介质板上表面并继续向下延伸，直至贯穿整个可激励数字编码超表面单元，便于金属探针穿过；长方形金属贴片被金属探针穿过的上半部分为矩形，下半部分的中间蚀刻矩形孔；
可激励数字编码超表面单元下表面由SMA接口以及矩形金属贴片组成，矩形金属贴片整体覆盖介质板下表面，在与通孔对应的位置蚀刻圆孔，用于放置SMA接口，SMA接口与矩形金属贴片紧密连接；如上所述，SMA接口的馈电内芯金属探针贯穿介质板，与长方形金属贴片连接。
2.如权利要求1所述的可激励数字编码超表面单元，其特征在于，
可激励数字编码超表面单元周期长度l1在10-20mm范围内；厚度h在0.5-8.5mm范围内；
正方形开口环含开口的外边长l2在9.5-19.5mm范围内；正方形开口环的单边宽度w1在0.3-9.3mm范围内；正方形开口环的缺口长度，即缺口沿右上、左下方向的宽l3在2.2-12.2mm范围内；
长方形金属贴片的在左上、右下方向的长度l4在2.2-30.2mm范围内；长方形金属贴片的宽度在右上、左下方向的宽度w2在1.2-11.2mm范围内；矩形孔在左上、右下方向的长度l5在1-29mm范围内；矩形孔在右上、左下方向的宽度w3在1-11mm范围内；矩形孔右上和左下的宽度相同，宽度在0.2-5mm范围内；矩形孔右下的宽度在0.2-8mm范围内。
3.如权利要求2所述的可激励数字编码超表面单元，其特征在于，
可激励数字编码超表面单元周期长度l1为15.0mm；厚度h为3.0mm；介电常数在2.55-10.3范围内，损耗角正切在0.0001-0.025范围内；
正方形开口环含开口的外边长l2为14.5mm，正方形开口环的单边宽度w1在1-5mm范围内；正方形开口环的缺口长度l3为正方形开口环单边宽度的
Figure FSA0000201624860000021
倍；
长方形金属贴片的在左上、右下方向的长度l4为12.0mm；长方形金属贴片的宽度在右上、左下方向的宽度w2为5.0mm；矩形孔在左上、右下方向的长度l5为5.0mm；矩形孔在右上、左下方向的宽度w3为3.5mm；矩形孔右上和左下的宽度相同，宽度为0.75mm；矩形孔右下的宽度为1.0；
可激励数字编码超表面单元的上下表面所有金属贴片的厚度均在0.02-0.1mm范围内。
4.如权利要求3所述的可激励数字编码超表面单元，其特征在于，正方形开口环的单边宽度w1为3.2mm；正方形开口环的缺口长度l3为7.0mm。
5.如权利要求1所述的可激励数字编码超表面单元，其特征在于，在上表面金属贴片处，金属探针与矩形孔宽边距离l6在0.2-6mm范围内；金属探针的半径r1在0.1-1mm范围内；SMA接口的外金属与超表面单元下表面矩形金属贴片相连。
6.如权利要求5所述的可激励数字编码超表面单元，其特征在于，在上表面金属贴片处，金属探针与矩形孔宽边距离l6为2.2mm；金属探针的半径r为0.45mm。
7.基于权利要求1至6的任何一项所述的可激励数字编码超表面单元的辐射散射调控的1比特可激励数字编码超表面，其特征在于，
对可激励数字编码超表面单元进行1bit编码，对应码字为“1”；
将上述单元整体进行方位面旋转90°后，进行编码，对应码字为“0”；
为保持电磁波散射的调控特性，将码字“0”和“1”均设为m×m大小的周期，形成各自的子阵列，m范围是2-200；辐射散射调控的1bit可激励数字编码超表面阵列由个数相同的子阵列组成，具体阵列大小n×n，其中n是m的整数倍，n的范围是4-1600。
8.如权利要求7所述的1比特可激励数字编码超表面，其特征在于，m范围是2-10。
9.如权利要求8所述的1比特可激励数字编码超表面，其特征在于，m为3；n为18。
10.如权利要求9所述的1比特可激励数字编码超表面，其特征在于，1bit可激励数字编码超表面阵列的棋盘布阵形式，按照自上而下、从左往右的顺序，阵列的具体码字序列为“000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111////111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111////111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//000/111/000/111/000/111//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000//111/000/111/000/111/000”。
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