CN111864399B - 一种双通道独立可编程超表面及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双通道独立可编程超表面及其控制方法，该超表面包括反射式双通道可编程超表面阵列、控制接口I、控制接口II，反射式双通道可编程超表面阵列由多个超表面单元阵列排布组成，每一行超表面单元串联连接，各行超表面单元再分别连接到控制接口I的各个接口；每一列超表面单元串联连接，各列超表面单元再分别连接到控制接口II的各个接口。通过拓展接口电路和电压转换电路控制控制接口I和控制接口II分别在x和y方向上改变两个变容二极管的电容，对x极化和y极化电磁波独立控制。本发明实现了并行提供两个相互独立的信息传输通道，在基于波的逻辑运算平台、高速扫描雷达和多通道空间光处理器等先进器件和系统中有重要应用前景。

Description

一种双通道独立可编程超表面及其控制方法

技术领域

本发明涉及新型人工电磁材料，特别是涉及一种双通道独立可编程超表面及其控制方法。

背景技术

超表面是由亚波长人工单元在二维平面内周期或非周期排布构成的超薄平台，在调控电磁波方面展现了强大的能力。特别是动态超表面，在外部控制信号下能对电磁波进行人为动态调控。目前已有的动态超表面大部分是可调超表面和可重构超表面。可调超表面的功能可以实现微调，但功能类似；可重构超表面能获取显著不同的功能，但功能数有限。为了实现很多个不同功能的实时调控与切换，崔铁军教授等人于2014年提出将数字编码表征和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)引入到动态超表面设计中，实现了现场可编程超表面。可编程超表面可以在单一平台上实现很多种完全不同的功能，且功能可以按照编写好的程序实时切换。然而，大部分已有可编程超表面只能在预先设计的特定极化电磁波照射下才能表现出可编程特性，在其它极化电磁波照射下其依然表现为静态特性。由于可编程超表面只能在单一极化电磁波照射下被实时调控，仅能提供一个有效的信息传输通道，因此只能在一个通道上串行处理多个任务，制约了并行处理多任务的能力。

为了提升超表面的信息处理效率和多任务处理能力，科研人员开发并设计实现了双极化超表面，能在不同极化下表现出不同的电磁响应，进而能够并行地提供两个独立的信息通道。相比于单极化超表面，双极化超表面能实现较为复杂的功能，例如多通道信息处理、偏振分割多路复用以及双极化口径共享等。因此，基于双极化超表面能实现更先进的功能器件。然而，目前已有的双极化超表面是静态或仅能微调，其功能无法被实时编程切换，这大大限制了双极化超表面的多功能性以及在超快切换、扫描系统中的应用。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种可对x极化和y极化电磁波独立编程的双通道独立可编程超表面。

本发明的另一个目的是提供一种上述超表面的控制方法。

技术方案：一种双通道独立可编程超表面，该超表面包括反射式双通道可编程超表面阵列、控制接口I、控制接口II，所述反射式双通道可编程超表面阵列由n×n个超表面单元阵列排布组成，每一行超表面单元串联连接，各行超表面单元再分别连接到控制接口I的各个接口；每一列超表面单元串联连接，各列超表面单元再分别连接到控制接口II的各个接口。

优选的，超表面单元由上至下依次包括金属图案层、第一介质基板、金属地、第二介质基板、第一电压偏置线、第三介质基板和第二电压偏置线，金属图案层包括方形铜片、四个相同的矩形铜片和四个相同变容二极管，其中，方形铜片位于中心，四个相同的矩形铜片沿x方向和y方向对称排布在方形铜片四周，且每个矩形铜片分别通过一个变容二极管与方形铜片相连；x方向上相对的两个矩形铜片通过金属通孔均连接到第一电压偏置线，y方向上相对的两个矩形铜片通过金属通孔均连接到第二电压偏置线，方形铜片连接到金属地。

优选的，所述四个相同的矩形铜片的长边分别与方形铜片的四个边平行，使用变容二极管连接两边。

优选的，反射式双通道可编程超表面阵列中，同一行的超表面单元通过第一电压偏置线串联起来，然后连接到控制接口I的相应接口；同一列的超表面单元通过第二电压偏置线串联起来，然后连接到控制接口II的相应接口。

优选的，通过控制接口I和控制接口II为变容二极管提供偏置电压，分别独立控制超表面单元在x和y极化方向上的状态。

优选的，第一介质基板材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切0.001；第二介质基板材料为FR4，介电常数4.3，损耗角正切0.025；第三介质基板材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切0.001。

本发明的双通道独立可编程超表面的控制方法，每个超表面单元在x和y两个极化方向分别包含“0”和“1”两种数字状态，且数字状态独立可调，具有双比特编码功能；使用拓展接口电路和电压转换电路，提供相应的控制信号，通过独立地控制超表面中每个超表面单元在x和y方向的“0”和“1”数字状态，使得超表面在x和y两个极化方向上并行生成多个编码图案，通过动态地切换编码图案，实时独立调控x和y极化电磁波，实现圆极化波自旋控制的异或逻辑运算、定频大角度双波束扫描和双极化口径共享功能。

其中，拓展接口电路包括一个74HC238译码器和2n/8个74HC373锁存器，3路地址信号和使能信号与74HC238译码器输入端连接，8路数据输入信号并联输入到每个74HC373锁存器的输入端，74HC238译码器的2n/8个输出端分别连接到2n/8个74HC373锁存器的使能端，锁存器的2n路输出端分别接到电压转换电路的2n路输入端。

其中，电压转换电路由2n路相同的电路组成，每一路包括一个S8050-J3Y晶体管和一个上拉电阻R2，前述锁存器的输出端接入电压转换电路的输入端，每一路输入先串联一个限流电阻R1，再接到双极性晶体管的基极；双极性晶体管的发射极接地；20V的VCC通过上拉电阻R2接到双极性晶体管的集电极，同时连接输出端；8路相同的电路集成在一块电路板上，使用2n/8块集成电路板组成电压转换电路，2n路输出接到超表面的控制接口I和控制接口II。

其中，双通道独立可编程超表面的光束方向通过以下方程进行理论预测：

其中，θ为辐射角，φ是方位角，λ₀是5.85GHz时的自由空间波长，Γ_x和Γ_y是编码序列沿x和y方向的周期长度。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

传统的单极化的可编程超表面只能串行处理多个任务，且大多数可编程超表面只有几个独立的控制通道，极大地限制了可编程超表面的可编程性，使其难以实现复杂的电磁功能，并且还严重制约了它们并行执行多个任务的能力。本发明具有多个独立控制接口，可实现多个复杂和新奇的电磁功能，且能并行提供两个相互独立的信息传输通道，进而大大提升可编程超表面的信息处理能力。

目前已有的双极化超表面是静态或仅能微调，其功能无法被实时编程切换，这大大限制了双极化超表面在超快切换、扫描系统中的应用。本发明使用拓展接口电路，结合反射式双通道可编程超表面，能够对x极化和y极化电磁波进行独立编程调控，从而实现可实时和独立控制两个正交极化的双极化可编程超表面，大大丰富了双极化超表面在超快切换、扫描系统中的应用。

本发明设计的扩展接口电路能够将来自FPGA的(m+9)路控制信号扩展为(8×2^m)路控制信号，这极大地增加了可用控制接口的数量。

附图说明

图1为本发明双通道独立可编程超表面结构示意图；

图2是本发明超表面单元的结构示意图；

图3是本发明实施例中超表面单元在不同极化和不同电容值下的反射相位随频率变化的仿真曲线；

图4是本发明实施例中扩展接口电路和电压转换电路原理图；

图5是本发明实施例中异或逻辑门平台在y-z平面上，仿真和测试的远场结果：图5(a)输入为[00]时的远场结果；图5(b)输入为[10]时的远场结果；图5(c)输入为[01]时的远场结果；图5(d)输入为[11]时的远场结果；

图6是本发明实施例中双波束扫描天线和双极化口径共享天线的远场性能，图6(a)、(b)为在x极化和y极化电磁波激励下，双通道独立可编程超表面具有不同的编码序列时三维远场仿真波束；图6(c)在圆极化波激励下，双通道独立可编程超表面具有不同的编码序列时的三维远场仿真波束；

图7(a)、(b)为在x极化和y极化电磁波激励下，双通道独立可编程超表面具有不同的编码序列时二维远场测试波束；图7(c)在右旋圆极化波激励下，双通道独立可编程超表面在特定编码序列下二维远场测试波束；图7(d)在左旋圆极化波激励下，双通道独立可编程超表面在特定编码序列下二维远场测试波束。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

本发明设计并制作了一种双通道独立可编程超表面，首先精心设计了一种可独立调控x极化和y极化电磁波反射相位的超表面单元。该超表面单元具有特殊设计的金属图案，并在x方向和y方向上分别集成了两个变容管，通过设计的两条偏压线可独立调控x方向和y方向上变容管的容值，进而完成对x极化和y极化电磁波反射相位的独立控制。为了获得双编程超表面并实现多个复杂电磁功能，使用n×n个超表面单元进行组阵，该超表面阵列中包含2n路独立控制接口，每个超表面单元尺寸相同，其中n为超表面单元的行数和列数。为了实现单块FPGA对包含多个独立控制接口的双通道独立可编程超表面进行有效控制，设计并实现了扩展接口电路和直流电压转换电路。扩展接口电路主要由译码器和锁存器构成，译码器可以根据其地址信号，选通锁存器，将输入端的数据信号传送到输出端，通过快速改变FPGA的输出信号，可以实现多路信号的循环控制，能将少量FPGA接口以指数方式大大扩展。输出信号接到电压转换电路，电压转换电路主要由双极性晶体管和电阻构成，利用双极性晶体管的开关特性，当输入信号为高电平时，双极性晶体管饱和，输出电压约为0V；当输入信号为低电平时，双极性晶体管截止，输出电压为外部电源高压，从而将FPGA输出的低压控制信号转换到双通道独立可编程超表面中变容管所需偏压，实现单元的“0”和“1”状态切换。因此，最终研制的双通道独立可编程超表面平台具有丰富的可编程性，能够实现多个复杂电磁功能。

如图1所示，本发明的双通道独立可编程超表面，包括反射式双通道可编程超表面阵列1、控制接口I 2、控制接口II 3，反射式双通道可编程超表面阵列由24×24个超表面单元4阵列排布组成，每个超表面单元4尺寸相同，每一行超表面单元4串联连接，各行超表面单元4再分别连接到控制接口I的各个接口；每一列超表面单元4串联连接，各列超表面单元4再分别连接到控制接口II的各个接口。

反射式双通道可编程超表面的阵列中，每个超表面单元的第一电压偏置线连接到控制接口I，第二电压偏置线连接到控制接口II。通过控制接口I和控制接口II，为变容二极管提供偏置电压。

如图2所示，超表面单元4从上到下依次包括金属图案层、第一介质基板44、金属地45、第二介质基板46、第一电压偏置线47、第三介质基板48和下层第二电压偏置线49，金属图案层包括位于中心的方形铜片41、对称设置有方向铜片四周的四个相同的矩形铜片42以及设置在所述方形铜片、四个相同的矩形铜片之间并连接两者的四个相同变容二极管43；四个相同的矩形铜片42沿x方向和y方向对称排布在方形铜片41四周，所述四个相同的矩形铜片42的长边分别与方形铜片41的四个边平行，使用变容二极管43连接两边；x方向上相对的两个矩形铜片42通过金属通孔410均连接到第一电压偏置线47，y方向上相对的两个矩形铜片42通过金属通孔411均连接到第二电压偏置线49，方形铜片41连接到金属地45。

反射式双通道可编程超表面阵列1中，同一行的超表面单元4通过第一电压偏置线47串联起来，然后连接到控制接口I的相应接口；同一列的超表面单元4通过第二电压偏置线49串联起来，然后连接到控制接口II的相应接口。通过控制接口I和控制接口II为变容二极管43提供偏置电压，分别独立控制超表面单元4在x和y极化方向上的状态。

本实施例中，超表面单元边长为10mm，最上层的金属图案由一个方形的铜片和围绕方形铜片的四个相同的矩形铜片组成。方形铜片边长为3.8mm，矩形铜片宽为1.5mm，长为6.4mm，方形铜片、矩形铜片以及金属地厚度均为0.018mm。在方形铜片和矩形铜片的四个1.5mm宽的间隙中集成了四个相同的变容二极管。再往下层依次是第一介质基板、金属地、第二介质基板、第一电压偏置线、第三介质基板和最下层的第二电压偏置线。第一介质基板厚度为3mm，第二介质基板厚度为0.12mm，第三介质基板厚度为0.25mm。相邻的两片矩形铜片分别连接到第一电压偏置线和第二电压偏置线，方形铜片连接到金属地。第一电压偏置线宽度为0.6mm，第二电压偏置线宽度为3.0mm，厚度均为0.018mm。第一电压偏置线和第二电压偏置线可以独立控制，并且在一个方向上的两个变容二极管被一条偏压线同时致动，因此具有相同的电容。

第一介质基板44材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切0.001；第二介质基板46材料为FR4，介电常数4.3，损耗角正切0.025；第三介质基板48材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切0.001。

每个超表面单元4在x和y两个极化方向分别包含“0”和“1”两种数字状态，且数字状态独立可调，具有双比特编码功能。使用拓展接口电路和电压转换电路，提供相应的控制信号，通过独立地控制超表面中每个单元在x和y方向的“0”和“1”数字状态，使得超表面在x和y两个极化方向上并行生成多个编码图案，通过动态地切换编码图案，实时独立调控x和y极化电磁波，可以实现圆极化波自旋控制的异或逻辑运算、定频大角度双波束扫描和双极化口径共享等功能。

图3是本发明实施例中超表面单元在不同极化和不同电容值下的反射相位随频率变化的仿真曲线。当电容值C_Tx从3.20pF调整到0.35pF时，我们清楚地看到x极化电磁波的可以在5.67～6.18GHz频段内实现相位差在150°～188°之间变化，当电容值C_Ty从3.20pF调整到0.35pF时，y极化电磁波可以在5.62～6.15GHz频段内实现相位差在150°～190°之间变化。当x或y极化波正常传播到超表面单元时，改变两个变容管在交叉极化方向上的电容对共振响应没有影响，这表明所实现的超表面单元具有很高的极化稳定性和交叉极化隔离性。由于直流偏压层的厚度仍然有0.25mm，所以在x和y极化率下，尽管C_Tx＝C_Ty，ME的反射相位曲线略有不同。然而，在5.67～6.15GHz的工作频带内，x和y偏振下的相位差曲线几乎相同，在5.85GHz下的相位差均为184°。此外，超表面单元对不同电容值的反射幅度在工作频段均大于-2dB，在5.85GHz时可达-1dB以上，所设计的可编程超表面单元能够通过动态切换加载变容管的电容，实现1-bit数字编码超表面中的“0”和“1”单元。我们用C_T＝3.20pF作为“0”元素编码超表面单元，用C_T＝0.35pF作为“1”元素编码超表面单元。

如图4所示，拓展接口电路由1个74HC238译码器和6个74HC373锁存器构成。3路地址信号和使能信号与74HC238译码器输入端连接，8路数据输入信号并联输入到每个74HC373锁存器的输入端。74HC238译码器的6个输出端分别连接到6个74HC373锁存器的使能端。当使能信号为低电平时，译码器输出全为低电平，使得6个锁存器输出维持原状，不会改变；当使能信号为高电平时，译码器则会根据3路地址信号的数值，选通其中一个锁存器，将输入端的数据信号传送到输出端。通过快速改变FPGA的输出信号，可以实现48路信号的循环控制。

电压转换电路由S8050-J3Y双极型晶体管和电阻组成，前述锁存器的输出端接入电压转换电路的输入端，每一路输入先串联一个470Ω的限流电阻R1，再接到双极性晶体管的基极；双极性晶体管的发射极接地；20V的VCC通过10kΩ的上拉电阻R2接到双极性晶体管的集电极，同时连接输出端。当输入信号为高电平时，双极性晶体管工作在饱和模式，集电极与发射极导通，输出端电压约为0V；当输入信号为低电平时，双极性晶体管截止，输出端电压约为20V。8路相同的电路集成在一块电路板上，使用6块集成电路板组成电压转换电路，48路输出接到超表面的控制接口I和控制接口II。

用24×24个超表面单元可以设计1-bit双通道独立可编程超表面，基于超表面的异或(XOR)逻辑门平台具有两个电输入(IN1和IN2)和一个圆极化(CP)波读数。XOR逻辑门的输入逻辑二进制数字“0”和“1”分别对应于C_T＝3.20pF和C_T＝0.35pF。输出逻辑值“0”和“1”指示输出CP波的两个自旋状态。在右旋圆极化(RCP)和左旋圆极化(LCP)波的垂直入射下，y-z平面上XOR逻辑门在5.85GHz处的归一化远场散射图如图5所示。我们观察到，模拟和测量结果均显示了输入端为[00]，[10]，[01]和[11]时的良好XOR逻辑特征。如图5(a)和图5(d)所示，在[00]和[11]输入的情况下，由于CP波的自旋状态在反射后会反转，因此几乎没有散射的CP波保持与入射CP波相同的自旋状态。相反，如图5(b)和图5(c)所示，输入端为[10]和[01]，散射CP波与入射CP波具有相同的旋转状态，并很好地实现了旋转锁定反射。显然，对于自旋调制的二进制输出，在模拟和实验中，输出“0”和“1”状态之间的功率级差使散布的CP波都大于30dB，这表明基于超表面的XOR逻辑门具有很强的自旋调制深度。对于四种输入状态，在5.85GHz时，散射的RCP和LCP波的模拟轴向比率(沿+z方向)低于1dB。所有结果清楚地证明，所构造的双通道独立可编程超表面可以很好地实现动态XOR逻辑运算，且使输出CP波的自旋反转状态和自旋锁定状态之间能够快速切换。

图6是本发明实施例中双通道独立可编程超表面的双波束扫描和双极化口径共享功能仿真。对于x极化入射，双通道独立可编程超表面可以用沿y方向变化的不同编码序列进行编码。在5.85GHz处的仿真三维远场辐射光束具有四个编码序列S1、S2、S3和S4，如图6(a)所示。当编码序列从S1到S4发生变化时，y-z平面扫描中的两个对称辐射光束分别指向±9.6°、±23.8°、±36.9°和±56.6°。扫描角度范围可达47°。双通道独立可编程超表面的光束方向可以通过以下方程进行理论预测：

其中，λ₀是5.85GHz时的自由空间波长，Γ_x和Γ_y是编码序列沿x和y方向的周期长度。在x极化入射下，四个编码序列“000000000000111111111111”(S1)、“00000011111111...”(S2)、“0000111111...”(S3)和“000111...”(S4)沿y方向变化。然后相应的周期长度(Γ_y)分别等于240、120、80和60mm，而Γ_x是无穷大的。考虑到λ₀＝51.3mm(λ₀是5.85GHz的自由空间波长)，辐射角计算θ为12.3°、25.3°、39.8°和58.8°；φ为90°和270°，表明这两束光束在y-z平面上对称分布。仿真得到的辐射光束的角度与理论预测一致，误差小于3°。同样，在y极化入射下，双通道独立可编程超表面将在x-z平面上辐射两个对称光束。沿x方向变化的编码序列S1，S2，S3和S4，在图6(b)中说明了在5.85GHz处仿真得到的远场辐射束，其中，在x-z平面，两个波束分别指向±9.6°，±23.8°，±36.9°和±56.6°。在上面讨论的扫描角度之外，当使用其他编码顺序进行编程时，能够生成更多不同的扫描角度。例如，在编码序列“000000001111111100000000”(S5)和“000001111100000111110000”(S6)下，两个对称的辐射束分别为±16.5°，±29.6°。在CP波的垂直入射下，双通道独立可编程超表面产生极化分离光束，并且x和y极化波的双光束将分别分布在y-z和x-z平面中，如图6(c)所示。在远场辐射图中(在RCP入射下)，我们清楚地看到，两个x极化光束和两个y极化光束(具有[S3，S3]编码序列)在空间上彼此隔离，在y-z和x-z平面中指向±36.9°。当使用编码序列对x和y极化波进行编程时[S3，S4]，x极化波的扫描角度保持在±36.9°，而y极化波扫描角度变为±56.6°，显示了对x和y极化波独立控制的能力。同样，如[S2，S1]和[S4，S1]的编码顺序下的第三和第四个远场图所示，所提出的双通道独立可编程超表面在LCP入射下也能实现良好的独立双光束扫描性能。

为验证上述双通道独立可编程超表面在实验上的有效性，我们利用标准印制电路板(PCB)技术制作了一个样品，在微波暗室中对加工样品进行了远场辐射方向图的测试。在实验中我们使用的变容二极管型号是“Skyworks SMV2020-079LF”。

图7是本发明实施例中双通道独立可编程超表面在5.85GHz，不同极化方式下，不同编码方式得到的实测二维远场方向图。在x极化波和y极化波的入射下，双光束扫描系统在5.85GHz下具有六个编码序列的实测辐射图分别显示在图7(a，b)中。所测得的两个对称光束分别直接指向±8.5°，±22.7°，±34.7°，±52.3°，±15.2°和±28.6°在每种情况下，当编码序列从S1切换到S6时。测得的峰值增益为18.8dBi，六个编码序列下的增益变化约为3.0dB，实测结果与仿真结果基本一致。在RCP入射下，当用编码序列[S3，S4]对双通道独立可编程超表面的控制接口I和II进行编程时，我们观察到四个明显的笔形光束，其中两个x极化光束(y-z平面中的同极化)指向±34.3°，两个y极化光束(x-z平面中的同极化)指向±52.1°，如图7(c)所示。在LCP入射下，当用编码序列[S2，S1]对双通道独立可编程超表面的控制接口I和II进行编程时，辐射的两组极化分离光束分别指向±8.5°和±22.8°，如图7(d)所示，实测结果与仿真结果基本一致。在主光束区域，测得的交叉极化比共极化峰低约15dB，这表明双通道独立可编程超表面系统具有较高的交叉极化隔离度。

Claims (8)

1.一种双通道独立可编程超表面，其特征在于，该超表面包括反射式双通道可编程超表面阵列(1)、控制接口I(2)、控制接口II(3)，所述反射式双通道可编程超表面阵列(1)由n×n个超表面单元(4)阵列排布组成，每一行超表面单元(4)串联连接，各行超表面单元(4)再分别连接到控制接口I(2)的各个接口；每一列超表面单元(4)串联连接，各列超表面单元(4)再分别连接到控制接口II(3)的各个接口；

超表面单元(4)由上至下依次包括金属图案层、第一介质基板(44)、金属地(45)、第二介质基板(46)、第一电压偏置线(47)、第三介质基板(48)和第二电压偏置线(49)，金属图案层包括方形铜片(41)、四个相同的矩形铜片(42)和四个相同变容二极管(43)，其中，方形铜片(41)位于中心，四个相同的矩形铜片(42)沿x方向和y方向对称排布在方形铜片(41)四周，且每个矩形铜片(42)分别通过一个变容二极管(43)与方形铜片相连；x方向上相对的两个矩形铜片(42)通过金属通孔(410)均连接到第一电压偏置线(47)，y方向上相对的两个矩形铜片(42)通过金属通孔(411)均连接到第二电压偏置线(49)，方形铜片(41)连接到金属地(45)。

2.根据权利要求1所述的双通道独立可编程超表面，其特征在于，所述四个相同的矩形铜片(42)的长边分别与方形铜片(41)的四个边平行，使用变容二极管(43)连接两边。

3.根据权利要求1所述的双通道独立可编程超表面，其特征在于，反射式双通道可编程超表面阵列(1)中，同一行的超表面单元(4)通过第一电压偏置线(47)串联起来，然后连接到控制接口I(2)的相应接口；同一列的超表面单元(4)通过第二电压偏置线(49)串联起来，然后连接到控制接口II(3)的相应接口。

4.根据权利要求1所述的双通道独立可编程超表面，其特征在于，通过控制接口I(2)和控制接口II(3)为变容二极管(43)提供偏置电压，分别独立控制超表面单元(4)在x和y极化方向上的状态。

5.根据权利要求1所述的双通道独立可编程超表面，其特征在于，第一介质基板(44)材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切0.001；第二介质基板(46)材料为FR4，介电常数4.3，损耗角正切0.025；第三介质基板(48)材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切0.001。

6.一种权利要求1-5任一项所述双通道独立可编程超表面的控制方法，其特征在于，每个超表面单元(4)在x和y两个极化方向分别包含“0”和“1”两种数字状态，且数字状态独立可调，具有双比特编码功能；使用拓展接口电路和电压转换电路，提供相应的控制信号，通过独立地控制超表面中每个超表面单元在x和y方向的“0”和“1”数字状态，使得超表面在x和y两个极化方向上并行生成多个编码图案，通过动态地切换编码图案，实时独立调控x和y极化电磁波，实现圆极化波自旋控制的异或逻辑运算、定频大角度双波束扫描和双极化口径共享功能；

双通道独立可编程超表面的光束方向通过以下方程进行理论预测：

其中，θ为辐射角，φ是方位角，λ₀是5.85GHz时的自由空间波长，Γ_x和Γ_y是编码序列沿x和y方向的周期长度。

7.根据权利要求6所述双通道独立可编程超表面的控制方法，其特征在于，拓展接口电路包括一个74HC238译码器和2n/8个74HC373锁存器，3路地址信号和使能信号与74HC238译码器输入端连接，8路数据输入信号并联输入到每个74HC373锁存器的输入端，74HC238译码器的2n/8个输出端分别连接到2n/8个74HC373锁存器的使能端，锁存器的2n路输出端分别接到电压转换电路的2n路输入端。

8.根据权利要求7所述双通道独立可编程超表面的控制方法，其特征在于，电压转换电路由2n路相同的电路组成，每一路包括一个S8050-J3Y晶体管和一个上拉电阻R2，前述锁存器的输出端接入电压转换电路的输入端，每一路输入先串联一个限流电阻R1，再接到双极性晶体管的基极；双极性晶体管的发射极接地；20V的VCC通过上拉电阻R2接到双极性晶体管的集电极，同时连接输出端；8路相同的电路集成在一块电路板上，使用2n/8块集成电路板组成电压转换电路，2n路输出接到超表面的控制接口I(2)和控制接口II(3)。

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