CN111555035B - 角度敏感超材料及相控阵系统 - Google Patents

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CN111555035B CN202010412927.1A CN202010412927A CN111555035B CN 111555035 B CN111555035 B CN 111555035B CN 202010412927 A CN202010412927 A CN 202010412927A CN 111555035 B CN111555035 B CN 111555035B
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Abstract

本发明涉及超材料领域，提供了一种角度敏感超材料及相控阵系统。角度敏感超材料位于阵列排布有多个辐射单元的辐射层上方，角度敏感超材料包括：在介质基板上阵列排布的多个微结构单元，每个微结构单元包括：至少一个控制元件，连接提供输入电压的供电端口，根据输入电压的大小选择连接状态；导电微结构，与至少一个控制元件电连接，根据输入电压的大小变化，每个控制元件的工作状态发生改变，对应与其连接的导电微结构发生改变，使该角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应。由此可通过改变角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数，动态改变其对入射电磁波的敏感角度，实现方位和距离等辨别效果。

Description

角度敏感超材料及相控阵系统
技术领域
本发明涉及超材料领域，具体涉及一种角度敏感超材料及相控阵系统。
背景技术
随着现代科技的发展，人工构造的材料，比如超材料能够扩展常规材料的电磁特性，并且能够提供在常规材料中很难实现的新颖电磁响应。超材料能够实现复合的各向异性和/或电磁参数(比如介电常数、导磁率、折射率、以及波阻抗)的梯度。
在F.Falcone等人的“Babinet principle applied to the design ofmetasurfaces and metamatrials”，Phys.Rev.Lett.V93，Issue 19，197401中，提出了使用互补的开口谐振环(CSRR)作为微带电路元件，CSRR已被展示可作为微带几何结构的滤波器。Bonache等人的“Microstrip Bandpass Filters With Wide Bandwidth and CompactDimensions”(Microwave and Optical Tech.Letters(46：4，p.3432005)研究了使用CSRR作为在微带的接地平面中被形成图案的元件。这些团队展示了负折射率介质的微带等效物，其使用在接地平面中被形成图案的CSRR和上方导体中的电容性中断来形成。这一工作也已经被扩展到了同面微带线中。
发明内容
本发明一方面提供了一种角度敏感超材料，位于辐射层上方，所述辐射层包括阵列排布的多个辐射单元，所述角度敏感超材料包括：
介质基板；
在介质基板上阵列排布的多个微结构单元；每个所述微结构单元与至少一个所述辐射单元的位置对应并且包括：
至少一个控制元件，与提供输入电压的供电端口电连接；
导电微结构，与所述至少一个控制元件电连接；
多个所述微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态分别根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构分别发生改变；从而使所述角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应。
优选地，所述各向异性等效电磁参数为等效介电常数或等效磁导率。
优选地，所述至少一个控制元件为至少一个开关二极管，多个所述微结构单元的多个所述至少一个开关二极管分别根据多个所述输入电压导通或关断，使得对应的多个所述导电微结构的等效电感分别发生改变；从而使所述角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应。
优选地，所述至少一个控制元件为至少一个变容二极管，多个所述微结构单元的多个所述至少一个变容二极管的电容值分别根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构的等效电容分别发生改变；从而使所述角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应。
优选地，每个所述导电微结构具有相互垂直的第一导电线和第二导电线，所述第一导电线的两端分别连接有形状相同的两个导电分支，所述第二导电线的两端也分别连接有形状相同的两个导电分支；
每个所述导电分支包括一端相交的两条直线，每个所述导电分支与第一导电线或第二导电线的连接位置为所述两条直线的相交点；
每个所述导电微结构的所述至少一个控制元件电连接在第一导电线或第二导电线中；或者
每个所述导电微结构的两个所述控制元件分别电连接在第一导电线和第二导电线中。
优选地，多个所述微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构发生改变，从而使所述角度敏感超材料的等效介电常数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应。
优选地，每个所述导电微结构包括导电开口谐振环；
每个所述导电微结构的所述至少一个控制元件电连接在所述导电开口谐振环中，并且位于所述导电开口谐振环的开口的左侧或右侧；或者
每个所述导电微结构的两个所述控制元件都电连接在所述导电开口谐振环中，并且分别位于所述导电开口谐振环的开口的左侧和右侧。
优选地，多个所述微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构发生改变；从而使所述角度敏感超材料的等效磁导率发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应。
优选地，所述角度敏感超材料连接有供电模块，所述供电模块包括：
处理器；以及
与所述处理器连接的数模转换器，具有多个供电端口；所述数模转换器响应于所述处理器的控制信号，经所述多个供电端口，分别提供相同或不同的多个所述输入电压；
其中，所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的一端分别连接所述多个供电端口，所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的另一端分别接地。
优选地，所述多个辐射单元都为喇叭天线、波导天线或微带天线。
本发明另一方面还提供了一种相控阵系统，其包括：
辐射层，所述辐射层包括阵列排布的多个辐射单元；
角度敏感超材料，位于辐射层上方；
分别与多个辐射单元连接的多个射频放大器；以及
与多个射频放大器连接的数据采集模块；
其中，所述角度敏感超材料为上面描述的角度敏感超材料。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种角度敏感超材料，采用阵列排布的多个微结构单元，通过位于每个所述微结构单元中的至少一个控制元件根据获得的输入电压变化，改变其自身的工作状态，使与每个控制元件连接的导电微结构相应发生改变，从而改变角度敏感超材料的等效谐振电路参数(等效电感或等效电容)，通过角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数(对应直角坐标系下在X、Y、Z方向上的等效介电常数或等效磁导率)产生的变化来反应角度敏感超材料在不同角度下的电磁响应。
本发明采用调节微结构单元获得的输入电压的大小，通过角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数变化，实现辨别接收的电磁波方向和距离的效果。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出本发明实施例提供的一种角度敏感超材料应用于天线系统的示意图；
图2示出图1所示角度敏感超材料的第一种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图；
图3示出图1所示角度敏感超材料的第二种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图；
图4示出图1所示角度敏感超材料的第三种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图；
图5示出图1所示角度敏感超材料的第四种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图；
图6示出图1所示角度敏感超材料的第五种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图；
图7示出图1所示角度敏感超材料的第六种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图；
图8是图7中每个微结构单元的等效电路图；
图9示出本发明实施例提供的一种相控阵系统的结构示意图；
图10示出图1的天线系统中以图2所述实施方式中角度敏感超材料的等效介电常数的仿真结果示意图；
图11示出图1的天线系统中以图2所述实施方式中角度敏感超材料的反射系数S11的仿真结果示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下面，参照附图对本发明进行详细说明。
图1示出本发明实施例提供的一种角度敏感超材料应用于天线系统的示意图，图2示出图1所示角度敏感超材料的第一种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图。
参考图1和图2，本发明实施例提供了一种角度敏感超材料12，其位于辐射层11的上方，所述辐射层11包括阵列排布的多个辐射单元111，所述角度敏感超材料12包括：介质基板122和阵列排布在介质基板122上的多个微结构单元121，且每个所述微结构单元121与至少一个所述辐射单元111的位置对应。
在一种优选的实施方案中，每个所述微结构单元121包括但不限于：至少一个控制元件1211和导电微结构1212，其中，至少一个控制元件1211与提供输入电压的供电端口电连接，而导电微结构1212与所述至少一个控制元件1211电连接。
多个所述微结构单元121的多个所述至少一个控制元件1211的工作状态分别根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构1212分别发生改变，从而使所述角度敏感超材料12的各向异性等效电磁参数发生变化(例如角度敏感超材料12对应三维坐标系下在X、Y、Z方向上的等效电磁参数均发生变化)，以对不同角度的电磁波进行响应。
在一种优选的实施方案中，所述各向异性等效电磁参数为等效介电常数或等效磁导率。
基于本实施方式，由于角度敏感超材料12的各向异性等效电磁参数的变化，使角度敏感超材料12对入射的电磁波的响应发生变化，并且这一变化具有角度敏感性。
在一种优选的实施方案中，多个辐射单元111都为选自但不限于喇叭天线、波导天线或微带天线中的任意一种。
图3示出图1所示角度敏感超材料的第二种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图，图4示出图1所示角度敏感超材料的第三种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图，图5示出图1所示角度敏感超材料的第四种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图，图6示出图1所示角度敏感超材料的第五种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图，图7示出图1所示角度敏感超材料的第六种实施方式中控制元件和微结构的结构示意图。
在一种优选的实施方案中，每个所述导电微结构1212具有相互垂直的第一导电线和第二导电线，所述第一导电线的两端分别连接有形状相同的两个导电分支，所述第二导电线的两端也分别连接有形状相同的两个导电分支，每个所述导电分支包括一端相交的两条直线，每个所述导电分支与第一导电线或第二导电线的连接位置为所述两条直线的相交点，如图2、图3和图4所示。
具体地，所述第一导电线和第二导电线相互垂直平分，所述第一导电线与第二导电线的长度相同，所述两条直线的长度相同。
进一步的，所述导电微结构1212通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法分别附着在介质基板的至少一个表面上。以图2为例，该第一导电线及第二导电线通过各自的中点连接。具体的，每条导电线的的两端分别连接有形状相同的两个导电分支，连接于每个端点处的导电分支关于该导电分支连接的导电线呈轴对称，同时，每个所述导电分支中一端相交的两条直线中的任意一条和与该导电分支连接的导电线在该导电线的中点向所述相交点延伸的方向上形成的夹角小于90°，以此连接形成的导电微结构1212整体近似为平面雪花状图案。
图2和图3所示导电微结构1212(形状为近似平面雪花状图案)主要作用是对电场进行响应，通过控制元件1211的工作状态的改变，来控制对应导电微结构1212发生改变，使得导电微结构1212的等效电容值或等效电感值发生改变(其中，图2是改变导电微结构1212的等效电感值，图3是改变导电微结构1212的等效电容值)，以此改变该微结构单元121的等效介电常数。
在一种优选的实施方案中，多个导电微结构1212的多个控制元件1211(在本实施方案以每个导电微结构电连接一个控制元件1211为例)的一端都连接有供电模块13，另一端接地。其中，所述供电模块13至少包括：处理器131和数模转换器DAC，该数模转换器DAC与所述处理器131连接，且具有多个供电端口，该DAC响应于所述处理器131的控制信号，经所述多个供电端口分别提供多个相同或不同的所述输入电压到多个导电微结构1212的多个控制元件1211的第一端。
在一种优选的实施方案中，控制元件1211可以是开关二极管(SD，switch diode)，如图2、图4、图5和图6的实施方式中所示。多个所述微结构单元121的多个所述至少一个开关二极管SD分别根据多个所述输入电压导通或关断，使得对应的多个所述导电微结构1212的等效电感分别发生改变，从而使角度敏感超材料12的各向异性等效电磁参数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应。
以图2为例，控制元件1211通过第一端连接的供电端口获得的输入电压控制其处于导通状态或截止状态，具体的，当输入电压达到开关二极管SD的导通阈值电压时，开关二极管SD导通，对应整个角度敏感超材料12的等效介电常数为ε1，此时整个角度敏感超材料12对角度θ1的电磁波响应(也即敏感角度为θ1)。当输入电压没有达到开关二极管SD的导通阈值电压时，开关二极管SD截止或关断，此时该微结构单元121的形状发生改变，对应整个角度敏感超材料12的等效介电常数变为ε2，此时整个角度敏感超材料12对角度θ2的电磁波响应(也即敏感角度为θ2)，图5所示实施方式中开关二极管SD作为控制元件1211的控制原理与此相同，同时图4和图6中开关二极管SD1和SD2作为控制元件1211和本实施方式中的控制原理相同，在此不做赘述，区别之处在于：图4和图6所示实施方式中，通过供电端口分别提供两个输入电压到SD1和SD2，通过分别或同时改变这两个输入电压的大小可进一步扩大等效电磁参数的调节范围，以适应多种应用场景下的工作需求。
在一中优选的实施方案中，每个导电微结构1212的所述至少一个控制元件1211电连接在第一导电线或第二导电线中，具体在本实施方式中，每个导电微结构1212的控制元件1211连接在第一导电线中，如图2和图3所示。在另一种实施方式中，所述控制元件1211连接在第二导电线中；或者在其他实施方式中，每个导电微结构1212的两个控制元件1211分别连接在所述第一导电线和第二导电线中，如图4所示，在此不做限制。
在另一种优选的实施方案中，控制元件1211还可以是变容二极管(VD，VaractorDiodes)，如图3和图7的实施方式中所示。多个所述微结构单元121的多个所述至少一个变容二极管VD的电容值分别根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构1212的等效电容分别发生改变，从而使所述角度敏感超材料12的各向异性等效电磁参数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应。
以图3为例，控制元件1211的电容值根据其第一端连接的供电端口获得的输入电压的变化而改变，具体的，当输入电压为V1，变容二极管VD的电容值为C1，对应整个角度敏感超材料12的等效介电常数为ε1，此时整个角度敏感超材料12对角度θ1的电磁波响应(也即敏感角度为θ1)。当输入电压变为V2，变容二极管VD的电容值变为C2，对应整个角度敏感超材料12的等效介电常数变为ε2，此时整个角度敏感超材料12对角度θ2的电磁波响应(也即敏感角度为θ2)。图7中变容二极管VD作为控制元件1211的工作原理与图3所示实施方式相同，在此不做赘述。
但本发明并不限于此，在其他可变的实施方式中，图2和图5所示实施方式中开关二极管SD作为控制元件1211的控制原理与此相同，同时图4和图6中开关二极管SD1和SD2也可替换为变容二极管VD作为控制元件1211，其原理与图3所示实施方式中相同，在此不做赘述。
区别之处在于：在图4和图6所示的实施方式中，供电端口输出的两个输入电压分别提供到图4中一个微结构单元中导电微结构上的两个控制元件SD1和SD2或者图6中一个微结构单元中导电微结构上的两个控制元件SD1和SD2，通过分别或同时改变这两个输入电压的大小可进一步扩大电磁参数的调节范围，以适应多种应用场景下的工作需求。在其它实施例中，图4和图6中的两个控制元件SD1和SD2可分别替换成两个变容二极管VD。
在一种优选的实施方案中，每个所述导电微结构1212包括导电开口谐振环，在每个所述导电微结构1212上，至少一个控制元件1211电连接在所述导电开口谐振环中，如图5、图6和图7所示。图5、图6和图7所示导电微结构1212(形状为导电开口谐振环)主要作用是对磁场进行响应，通过导电微结构1212中的至少一个控制元件1211的工作状态的改变，来控制该导电微结构1212发生改变，使得导电微结构1212的等效电容值或等效电感值发生改变(其中，图5和图6是改变导电微结构1212的等效电感值，图7是改变导电微结构1212的等效电容值；图8是图7中每个微结构单元121的等效电路图，其中图7所示变容二极管VD等效成图8中的可变电容器)，以此改变该微结构单元121的等效磁导率。
在一种优选的实施方案中，所述控制元件1211位于所述导电开口谐振环的开口的左侧或右侧，在本实施方式中，仅有一个所述控制元件1211位于所述导电开口谐振环上的开口的左侧，如图5和图7所示，在另一种实施方式中，所述控制元件1211位于所述导电开口谐振环上的开口右侧，或在其他实施方式中，每个所述导电微结构1212上的两个所述控制元件1211都电连接在所述导电开口谐振环中，并且分别位于所述导电开口谐振环的开口的左侧和右侧，如图6所示，在此不做限制。
图9示出本发明实施例提供的一种相控阵系统200的结构示意图。
参考图9，本发明实施例提供的一种相控阵系统200至少包括：辐射层21、角度敏感超材料22、射频放大器层23和数据采集模块24，其中，辐射层11包括相控阵阵列方式排布的多个辐射单元(如天线或波导)，角度敏感超材料22可参考上述中图2～图8所示各实施方式中的的结构及工作原理相同，在此不做赘述。因为相控阵系统200中的角度敏感超材料22替换了传统相控阵系统中的移相器，所以图9所示相控阵系统200不包括移相器。
射频放大器层23包括多个射频放大器，每个所述射频放大器均与一个所述辐射单元通信连接，用于对于其通信连接的辐射单元接收电磁波的幅度信息和相位信息进行放大处理，数据采集模块24包括多个数据采集单元，每个所述数据采集单元均对应一个所述射频放大器，具体的，数据采集单元例如包括但不限于：混频器、本地振荡器、基带放大器、模数转换器，以及用于彼此间通信连接的传输线。通过每个天线接收电磁波的幅度和相位信息通过射频放大器放大后，与本地振荡器的本地信号通过混频器混合，输出混合后的射频信号经过基带放大器放大，再传输到模数转换器，由接收电路模块进一步处理。
现有的相控阵系统，功率放大、移相器等会使整个系统的集成复杂程度，且成本会伴随着通道数量的增加而线性上升。同时天线系统对于一些小尺寸、低重量、低功耗和低成本，并且对易于集成在移动平台上的电磁传感器件有大量需求，这就进一步增加了整个系统的复杂性和成本，不易于推广引用。基于此，本发明实施例所提供的基于角度敏感超材料的天线系统利用新型电磁材料的结构优化，设计出了具有特殊微型微结构结构且具有角度敏感特性的角度敏感超材料22，通过改变超材料的电磁响应，接收不同响应下信号，判别接收电磁波方向和距离信息，就能实现方位和距离等辨别效果。
具体的，角度敏感超材料辨别电磁波方向的方法例如包括：
步骤A：设置角度敏感超材料中位于各个微结构单元的控制元件的参数集(输入电压及各输入电压下每个微结构单元在角度敏感超材料的等效电容或等效电感)，各辐射单元(天线或波导)收集端口的幅度和相位信息。
步骤B：通过供电模块中处理器输出控制信号，调整从模数转换器各个供电端口输出的输入电压，以调节角度敏感超材料中各个微结构单元的控制元件的参数集，各辐射单元(天线或波导)再次收集端口的幅度和相位信息。
步骤C：重复上述步骤至辨别电磁波方向的(敏感角度的识别)精度达到所需要求。
本发明通过在天线阵列或波导阵列辐射端口增加角度敏感超材料，通过改变角度敏感超材料位于各个微结构单元的控制元件的参数集(输入电压及各输入电压下每个微结构单元在角度敏感超材料的等效电容或等效电感)，达到改变超材料等效电磁参数(等效介电常数或等效磁导率)的效果，而等效电磁参数产生的变化来体现角度敏感超材料在不同角度下的电磁响应，使天线系统判别接收电磁波的方向(角度)。
图10示出图1的天线系统中以图2所述实施方式中角度敏感超材料的等效介电常数ε的仿真结果示意图。图11示出图1的天线系统中以图2所述实施方式中角度敏感超材料的反射系数S11的仿真结果示意图。
图1所示的天线系统中使用图2所述实施方式中角度敏感超材料的结构进行仿真实验，仿真结果的等效介电常数ε的改变效果请参考图10，横坐标代表天线或波导阵列接收电磁波的频率范围，纵坐标代表介电常数值，图10中三条曲线例如对应为角度敏感超材料在直角坐标系下分别在X、Y、Z方向上的等效介电常数ε的变化。
参考图11，通过归一化的反射系数S11的曲线可以看出，在电磁波从不同角度入射到天线阵列或波导阵列时，以图2所述实施方式中角度敏感超材料的结构为例进行仿真，通过角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数(在不同方向上的等效介电常数)产生的变化来体现角度敏感超材料在敏感角度下的电磁响应。
本发明采用调节各微结构单元获得的输入电压的大小，通过改变角度敏感超材料电磁参数，可动态变化所设计敏感角度，以接收不同电磁响应下信号，判别接收电磁波的方向和距离信息，从而节省了成本和功耗，降低了天线系统的尺寸，同时也提高了天线的效率。
应当说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种角度敏感超材料(12)，位于辐射层(11)上方，所述辐射层(11)包括阵列排布的多个辐射单元(111)，其特征在于，所述角度敏感超材料(12)包括：
介质基板(122)；
在介质基板(122)上阵列排布的多个微结构单元(121)；每个所述微结构单元(121)与至少一个所述辐射单元(111)的位置对应并且包括：
至少一个控制元件(1211)，与提供输入电压的供电端口电连接；
导电微结构(1212)，与所述至少一个控制元件(1211)电连接；
多行多列排布的所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态分别根据多个输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构分别发生改变，从而使所述角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应，其具体包括：
所述控制元件(1211)为变容二极管(VD)；多行多列排布的所述多个微结构单元(121)的多个所述至少一个变容二极管(VD)的电容值分别根据多个输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构(1212)的等效电容分别发生改变，从而使所述角度敏感超材料(12)的各向异性等效电磁参数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应；其中，当所述输入电压为V1，所述变容二极管(VD)的电容值为C1，对应整个角度敏感超材料(12)的等效介电常数为ε1，此时整个角度敏感超材料(12)对角度θ1的电磁波响应；当所述输入电压变为V2，所述变容二极管(VD)的电容值变为C2，对应整个角度敏感超材料(12)的等效介电常数变为ε2，此时整个角度敏感超材料(12)对角度θ2的电磁波响应；
其中，所述多个输入电压是相同的。
2.根据权利要求1所述的角度敏感超材料，其特征在于：所述各向异性等效电磁参数为等效介电常数或等效磁导率。
3.根据权利要求1所述的角度敏感超材料，其特征在于：每个所述导电微结构具有相互垂直的第一导电线和第二导电线，所述第一导电线的两端分别连接有形状相同的两个导电分支，所述第二导电线的两端也分别连接有形状相同的两个导电分支；
每个所述导电分支包括一端相交的两条直线，每个所述导电分支与第一导电线或第二导电线的连接位置为所述两条直线的相交点；
每个所述导电微结构的所述至少一个控制元件电连接在第一导电线或第二导电线中；或者
每个所述导电微结构的两个所述控制元件分别电连接在第一导电线和第二导电线中。
4.根据权利要求1所述的角度敏感超材料，其特征在于：每个所述导电微结构包括导电开口谐振环；
每个所述导电微结构的所述至少一个控制元件电连接在所述导电开口谐振环中，并且位于所述导电开口谐振环的开口的左侧或右侧；或者
每个所述导电微结构的两个所述控制元件都电连接在所述导电开口谐振环中，并且分别位于所述导电开口谐振环的开口的左侧和右侧。
5.根据权利要求4所述的角度敏感超材料，其特征在于：“所述多行多列排布的所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态分别根据多个输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构分别发生改变，从而使所述角度敏感超材料的各向异性等效电磁参数发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应”还具体包括：
或者，所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的工作状态根据多个所述输入电压的变化而发生改变，使得对应的多个所述导电微结构发生改变；从而使所述角度敏感超材料的等效磁导率发生变化，以对不同角度的电磁波进行响应。
6.根据权利要求1所述的角度敏感超材料，其特征在于，所述角度敏感超材料连接有供电模块，所述供电模块包括：
处理器；以及
与所述处理器连接的数模转换器，具有多个供电端口；所述数模转换器响应于所述处理器的控制信号，经所述多个供电端口，分别提供相同或不同的多个所述输入电压；
其中，所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的一端分别连接所述多个供电端口，所述多个微结构单元的多个所述至少一个控制元件的另一端分别接地。
7.根据权利要求1所述的角度敏感超材料，其特征在于，所述多个辐射单元都为喇叭天线、波导天线或微带天线。
8.一种相控阵系统，其特征在于，包括：
辐射层，所述辐射层包括阵列排布的多个辐射单元；
角度敏感超材料，位于辐射层上方；
分别与多个辐射单元连接的多个射频放大器；以及
与多个射频放大器连接的数据采集模块；
其中，所述角度敏感超材料为权利要求1-7中任意一项所述的角度敏感超材料。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113960781A (zh) * 2021-11-08 2022-01-21 中山大学 电致变色器件及其制备方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012129176A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-27 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Amorphous multi-component metal/metal oxide nanolaminate metamaterials and devices based thereon
CN102790281A (zh) * 2011-05-20 2012-11-21 深圳光启高等理工研究院 一种发散电磁波的超材料
CN103840263A (zh) * 2014-01-15 2014-06-04 东南大学 开关可控的各向异性零折射率器件
CN204558648U (zh) * 2015-04-30 2015-08-12 深圳光启高等理工研究院 阵列天线
CN107423529A (zh) * 2017-08-30 2017-12-01 同济大学 超构材料精准设计方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009115870A1 (en) * 2008-03-18 2009-09-24 Universite Paris Sud (Paris 11) Steerable microwave antenna
AU2009283141C1 (en) * 2008-08-22 2015-10-01 Duke University Metamaterials for surfaces and waveguides
US8633866B2 (en) * 2010-02-26 2014-01-21 The Regents Of The University Of Michigan Frequency-selective surface (FSS) structures
CN102480058B (zh) * 2011-03-31 2013-04-24 深圳光启高等理工研究院 一种基于超材料的去极化器
CN102780096A (zh) * 2011-05-11 2012-11-14 深圳光启高等理工研究院 超材料透镜天线
CN102593596B (zh) * 2012-02-29 2015-04-22 深圳光启高等理工研究院 一种负磁导率超材料
US8784704B2 (en) * 2012-08-28 2014-07-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Broadband artificial dielectric with dynamically optical control
CN104347952B (zh) * 2013-07-31 2018-12-21 深圳光启创新技术有限公司 超材料及天线
CN103904388B (zh) * 2014-04-16 2016-04-13 厦门大学 单元间强耦合超宽可调范围有源频率选择表面
CN105244570B (zh) * 2015-08-26 2018-03-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 有源频率选择表面的设计方法
CN107404002A (zh) * 2016-05-19 2017-11-28 深圳超级数据链技术有限公司 调节电磁波的方法和超材料
JP7074882B2 (ja) * 2018-04-19 2022-05-24 メタウェーブ コーポレーション アンテナアレイの要素を放射するための方法および装置
CN109149099A (zh) * 2018-07-31 2019-01-04 电子科技大学 一种宽带频率可重构fss天线罩
CN110703463B (zh) * 2019-10-16 2023-04-07 上海电力大学 一种可重构的光学透明基本单元及超表面

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012129176A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-27 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Amorphous multi-component metal/metal oxide nanolaminate metamaterials and devices based thereon
CN102790281A (zh) * 2011-05-20 2012-11-21 深圳光启高等理工研究院 一种发散电磁波的超材料
CN103840263A (zh) * 2014-01-15 2014-06-04 东南大学 开关可控的各向异性零折射率器件
CN204558648U (zh) * 2015-04-30 2015-08-12 深圳光启高等理工研究院 阵列天线
CN107423529A (zh) * 2017-08-30 2017-12-01 同济大学 超构材料精准设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
太赫兹孔径编码成像研究综述;邓彬;《红外与毫米波学报》;20170630;全文 *

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