CN114498049B - 一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元 - Google Patents

一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元 Download PDF

Info

Publication number
CN114498049B
CN114498049B CN202210069125.4A CN202210069125A CN114498049B CN 114498049 B CN114498049 B CN 114498049B CN 202210069125 A CN202210069125 A CN 202210069125A CN 114498049 B CN114498049 B CN 114498049B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
branch
double
layer metal
dielectric substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210069125.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114498049A (zh
Inventor
傅子豪
杨雪松
梁木生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Yangtze River Delta Research Institute of UESTC Huzhou
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Yangtze River Delta Research Institute of UESTC Huzhou
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China, Yangtze River Delta Research Institute of UESTC Huzhou filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202210069125.4A priority Critical patent/CN114498049B/zh
Publication of CN114498049A publication Critical patent/CN114498049A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114498049B publication Critical patent/CN114498049B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • H01Q15/004—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective using superconducting materials or magnetised substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元，属于微波技术领域。本发明所述惠更斯超表面单元仅具有上层金属层、中间介质层以及下层金属层组成，其中上下层金属层结构完全相同，由风车状排布的四个外围细金属枝节包围内部粗金属枝节构成的十字形结构实现，具有小于十分之一工作波长的超薄整体厚度和较高的透射率，并且通过调谐枝节长度实现360°的相移。本发明所述惠更斯超表面单元解决传统平面透镜天线口径剖面较高并需要多层金属实现全周期补偿相移的缺陷，并具有双极化散射性能。

Description

一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元
技术领域
本发明属于微波技术领域，具体涉及一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元。
背景技术
电磁超表面是一种新型的二维化超材料结构，由于其具有极低的剖面、灵活的波前与极化调控能力，轻量化与低成本的设计，被广泛地应用于天线设计、电磁隐身、雷达探测以及5G应用场景中。
为了实现任意波前调制效果，超表面需要能够实现360°相位调谐并保持高的单元传输幅度。然而，现有的超表面大多使用紧凑排布的频率选择表面结构，并且仅考虑金属层本身的电谐振效果，并未考虑金属间磁谐振。因此超表面为了实现360°调谐需要多层金属结合介质或空气间隙，这导致了超表面本身具有较高的口径剖面。此外，实现360°相移的超表面加工需要借助多层PCB工艺制造，这也导致了层间的加工误差，并且随着频率的增高这种误差带来的波前调制能力下降越大。
近年来，学者们对电磁超表面进行了大量理论上的推导。将超表面视作二维化的一种边界条件，通过初级激励电磁波与所需要的超表面得到的次级透射电磁波，在数学上可以得到超表面所需要的电磁参数，这种理论设计极大地方便了工程师在超表面设计上的工作，称之为广义阻抗过渡条件(Generalized impedance transition condition,GSTC)。惠更斯表面是GSTC条件在物理实现上的一种具体表面。
现有技术“Metamaterial Huygens'Surfaces:Tailoring Wave Fronts withReflectionless Sheets”提出了基于GSTC理论的惠更斯表面设计理论，报道指出，GSTC中的变量即极化率存在一个特定的解，使得超表面具有无反射的透波特性，这种特性可以根据极化率的调谐实现单元的360°相位调控。进一步地，极化率可以表示为电导纳Y_es与磁阻抗Z_ms的形式，当二者满足Z_ms/η＝Y_es(η为自由空间波阻抗)时，超表面表现为无反射的全传输特性，此时该表面在物理上表现为正交的等幅同相的电流与磁流形成的惠更斯口径，故称为惠更斯表面。此后，一系列惠更斯表面的理论推导与设计被提出，用于解决极化旋转、宽角折射等电磁问题。
现有技术“High-Transmission Ultrathin Huygens’Metasurface with 360°Phase Control by Using Double-Layer Transmitarray Elements”公开了一种双层金属惠更斯表面，指出Z_ms可以通过两层金属层的反向电流构成，并且反向电流金属层与实现Y_es金属层可以在同层设计，提出的惠更斯表面使用反对称开口环实现了垂直于E面的反向电流，在具有高透波率的同时保证了360°的传输相移。该成果打破了原本学界认为至少需要3层金属层才能实现360°传输相移的极限，极大降低了口径的剖面与对加工精度要求，然而，该设计由于引入了较为复杂的一对反对称方环结构，仅支持单线极化工作。现有技术“High Efficiency Metalens Antenna Using Huygens’Metasurface with GlideSymmetric I-shape Metal Strips”公开了使用滑动对称放置的“I”型枝节从而实现传输率高达98.6％的双层金属结构的超薄惠更斯表面，并支持双极化设计，然而其厚度较厚且单元尺寸较大，在Ka波段分别为2mm与7mm，在低频段，难以找到具有该厚度的单层介质基板。现有技术“Millimeter-Wave Huygens’Transmit Arrays Based on Coupled MetallicResonators”公开了一种前后电路模型一致的惠更斯表面结构，使用电路理论进行分析，工作于毫米波段。然而，该结构单元尺寸较大，在65GHz具有4.2mm的单元尺寸，剖面厚度为0.508mm。
因此，惠更斯表面目前难以在保证远小于波长的介质剖面厚度的同时实现多极化工作，并且具有极高透射率的双层惠更斯表面需要牺牲单元尺寸，而单元尺寸放大使得量化相位误差加大，降低了超表面的波前调控能力，介质剖面变厚使得超表面难以进行共形设计并加大了透镜质量。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元。通过增加单元内放置的平行振子密度，结合模式电流理论，将2阶存在于高频的同向电流模式移动至1阶反向电流模式谐振频率附近，二者共同实现双极化惠更斯谐振。相较于反对称结构，该思路可以使用更简单的模型实现，并且上下层结构一致，易于双极化设计；相较于滑动对称设计，该结构具有更低的介质剖面，且单元尺寸也更小，可实现更精确波前调控并具有轻量化设计。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：
一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元，呈90°中心旋转对称结构，包括上层金属、介质基板和下层金属；上层金属位于介质基板的上表面，下层金属位于介质基板的下表面；上层金属和下层金属的结构形状尺寸完全相同；
上层金属包括四悬臂风车型结构1和十字形结构2，十字形结构2位于四悬臂风车型结构1的内部；
四悬臂风车型结构1包括四个悬臂，悬臂与介质基板的四个边平行；悬臂为第一金属枝节，一端与介质基板的边缘重合，另一端向介质基板的对侧延伸；每个悬臂与相邻两个悬臂之间留有间距；
十字形结构2的中心对应于介质基板的中心位置，包括两个正交放置的第二金属枝节。
进一步的，第一金属枝节的宽度小于第二金属枝节。
进一步的，介质基板的板材选用Rogers RO4350B，相对介电常数εr＝3.66，损耗角正切tanδ＝0.0037。
进一步的，第一金属枝节的长度用于调谐磁谐振频率。
进一步的，第二金属枝节的长度用于调谐电谐振频率。
进一步的，第一金属枝节的宽度为0.15mm，第二金属枝节的宽度为0.6mm。相邻第一金属枝节之间的间距为4.475mm，第一金属枝节与介质基板边缘之间的距离为0.075mm。
本发明还提供一种上述惠更斯超表面单元的设计方法，具体过程为：
第一步，设计单枝节双层金属振子对；
设定设计频率，选定介质基板的板材和尺寸，在介质基板的上下表面平行放置单枝节振子对，使用全波仿真软件CST结合unit cell边界条件进行无限大周期环境模拟，调谐枝节长度与基板厚度，使得电谐振频率fe与磁谐振频率fm位于工作频率附近；
第二步，设计双枝节双层金属振子对；
将单枝节振子对向介质基板的平行边处平移，将单枝节振子以介质基板的中心旋转180°，得到第二组单枝节振子对，形成双枝节双层金属振子对结构。调节两组单枝节振子对之间的距离g使得电谐振频率fe与磁谐振频率fm接近；
第三步，设计三枝节双层金属振子对；
在双枝节双层金属振子对结构的中间再增加一对与其平行的金属枝节，形成三枝节双层金属振子对结构，引入两个新的谐振模式，第一个新的谐振模式的电谐振频率为fe'，第二个新的谐振模式的磁谐振频率为fm'，通过调谐第二金属枝节长度与宽度，将fe'向fm靠近；
第四步，磁谐振枝节微扰；
将靠近介质基板边缘的两组金属枝节进行平移，平移方向与金属枝节的长度方向平移，平移方向相反，平移距离相同均为g1，得到微扰三枝节双层金属振子对结构；
第五步，设计双极化惠更斯超表面单元；
将三对金属枝节绕介质基板的中心进行90°旋转复制，得到具有双线极化响应的惠更斯超表面单元。
上下金属层的四悬臂风车结构用以产生双极化磁谐振，当水平线极化(x方向)电磁波激励时仅有与x方向平行的两个第一金属枝节工作产生电流，并且上层风车结构与下层风车结构的电流是反向的，根据右手螺旋定则，上下两层的风车型结构共同产生了与反向电流垂直的磁流。又由于风车结构是中心对称的，当垂直极化(y方向)入射时，风车结构中与y方向平行的两个第一金属枝节产生了水平磁流，主要由左右两枝节产生的反向电流引起。
上下层金属的十字形结构用以产生双极化电谐振，当水平极化激励时，上下层十字形结构均产生水平电偶极矩，且同相，此时二者电流叠加产生水平极化电谐振；当垂直极化激励时，上下层十字形结构产生垂直同相电偶极矩，此时产生垂直极化电谐振。
考虑水平极化激励情况，风车结构的上下第一金属枝节产生了反向电流，即垂直的磁流，而十字形结构产生水平极化的电流，电流与磁流等幅同相，形成惠更斯谐振，垂直极化激励情况同理。
综上，介质基板上下两层的第一金属枝节通过反向电流实现了磁流工作，由于介质基板厚度固定，第一金属枝节的长度决定了磁谐振的电长度；上下两层十字形结构的第二枝节长度决定了电谐振的电长度。因此，通过调谐第一枝节长度L1与第二枝节长度L2，可以改变电谐振频率与磁谐振频率，进而可以在固定频段通过调谐L1与L2以实现惠更斯谐振的相位遍历。
此外，惠更斯谐振并不能完全遍历360°相位，仅能实现约240°的相位调谐。惠更斯表面全透射条件的另一个解是电导纳Y_es＝磁阻抗Z_ms＝0，即非谐振模式，此时仍然保持全透射效果。本发明采用模式分移的方法实现非谐振模式，调谐L2将电谐振频率移至磁谐振的低频，二者间此时存在一开放通带，通过调谐L1与L2可以实现约120°的相位调谐。这种非谐振模式与惠更斯谐振模式共同组成360°相移。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用双层四臂风车形结合中心十字形金属图案，实现了小于十分之一波长介质剖面的平面波激励下的双极化惠更斯谐振，使用该单元结构可以将双极化的磁谐振器与电谐振器进行紧凑型排布，实现了三分之一工作波长的单元尺寸。单元使用中心较粗的十字形金属枝节实现电谐振；四周较细的风车状金属枝节实现磁谐振。
(2)本发明将一个单元周期内放置的平行振子数目从1增加至3，结合模式分析理论进行惠更斯单元的设计，使一个单元周期内放置边缘两个细的金属枝节和中心一个粗的金属枝节，进而将平行振子的二阶同向模式从高频移至一阶反向模式的频率附近，使得二者共同构成惠更斯谐振。
(3)本发明所述单元两侧的一对第一金属枝节进行中心对称放置，避免了电谐振与磁谐振间的相位冲突，使得电谐振与磁谐振可以完美过渡而不产生阻带。
附图说明
图1为本发明所述惠更斯超表面单元的整体结构示意图；
图2为本发明所述惠更斯超表面单元的侧视图；
图3为本发明所述惠更斯超表面单元的爆炸图；
图4为单枝节双层金属振子对结构示意图；
图5为双枝节双层金属振子对结构示意图；
图6为三枝节双层金属振子对结构示意图；
图7为微扰三枝节双层金属振子对结构示意图；
图8为本发明所述惠更斯超表面单元的设计流程图；
图9为单枝节双层金属振子对结构的传输特性示意图；
图10为单枝节双层金属振子对结构的传输模式频率随介质基板厚度的变化示意图；
图11为双枝节双层金属振子对结构的传输模式频率随两组单枝节振子对之间的距离的变化示意图；
图12为双枝节双层金属振子对结构和三枝节双层金属振子对结构的传输特性对比图；
图13为微扰三枝节双层金属振子对结构的传输模式频率随微扰尺寸的变化示意图；
图14为本发明所述惠更斯超表面单元从惠更斯谐振到非谐振模式的变化示意图；
图15为本发明所述惠更斯超表面单元处于惠更斯谐振时的频率响应示意图；
图16为本发明所述惠更斯超表面单元处于非谐振时的频率响应示意图；
图17为以本发明所述惠更斯超表面单元作为单元的惠更斯平面透镜示意图，使用贴片天线激励；
图18为惠更斯平面透镜的补偿相位图；
图19为透镜天线的方向图，其中(a)
Figure BDA0003481362930000051
面，(b)
Figure BDA0003481362930000052
面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
本实施例提供一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元，其整体结构示意图如图1所示，侧视图如图2所示，爆炸图如图3所示，呈90°中心旋转对称结构，包括上层金属、介质基板和下层金属；上层金属位于介质基板的上表面，下层金属位于介质基板的下表面；上层金属和下层金属的结构形状尺寸完全相同；介质基板的板材选用Rogers RO4350B，相对介电常数εr＝3.66，损耗角正切tanδ＝0.0037，厚度为1.524mm，长度和宽度均为10mm。
上层金属包括四悬臂风车型结构1和十字形结构2，十字形结构2位于四悬臂风车型结构1的内部；
四悬臂风车型结构1包括四个悬臂，悬臂与介质基板的四个边平行；悬臂为第一金属枝节，一端与介质基板的边缘重合，另一端向介质基板的对侧延伸；每个悬臂与相邻两个悬臂之间留有间距；第一金属枝节的长度L1用于调谐磁谐振频率；
十字形结构2的中心对应于介质基板的中心位置，包括两个正交放置的第二金属枝节，第二金属枝节的长度L2用于调谐电谐振频率；
第一金属枝节的宽度为0.15mm，第二金属枝节的宽度为0.6mm。相邻第一金属枝节之间的间距为4.475mm，第一金属枝节与介质基板边缘之间的距离为0.075mm。
本实施例所述惠更斯超表面单元的设计流程示意图如图8所示，包括以下步骤：
第一步，设计单枝节双层金属振子对；
设定设计频率，如图4所示，在介质基板的上下表面平行放置单枝节振子对，使用全波仿真软件CST结合unit cell边界条件进行无限大周期环境模拟，观察其电谐振频率fe与磁谐振频率fm。单枝节振子对结构的传输特性如图9所示，反向电流产生的磁谐振频率通常位于低频，而同向电流产生的电谐振频率则在高频，但不论如何调谐枝节长度与基板厚度h1，fm与fe之间始终存在一开放阻带，如图10所示。因此，此步骤仅需确定fm位于工作频率附近(±20％)，根据实际需求选取基板类型和尺寸等。
第二步，设计双枝节双层金属振子对；
首先将单枝节振子对向介质基板的平行边处平移，再将单枝节振子以介质基板的中心复制旋转180°，得到第二组单枝节振子对，形成双枝节双层金属振子对结构，其结构示意图如图5所示。依次增加两组单枝节振子对之间的距离g并进行仿真，如图11所示，通过增加g，fe先增大后减小，而fm基本无变化，可以确定振子间距主要影响电谐振，对磁谐振影响不大，且fe的变化轨迹主要是由于振子处于无限大周期边界条件中，单元内振子间距g先增大是由于此时单元内电谐振的耦合占主导地位，随着g增大fe减小是由于此时单元间电谐振的耦合占主导地位。因此，此步骤应确定g的值使得fe与fm尽可能地接近(fe与fm的峰值与其之间的凹陷处对应的传输系数归一化幅度值均大于0.8)。
第三步，设计三枝节双层金属振子对；
如图11所示，虽然使用振子间距为自由度可以额外调谐使得fm与fe靠近，但开放阻带仍然存在。在双枝节双层金属振子对结构的中间再增加一对与其平行的金属枝节，形成三枝节双层金属振子对结构，如图6所示。此时三枝节双层金属振子对引入两个新的谐振模式，第一个新的谐振模式为边缘枝节上下振子的电流和中间枝节上下振子的电流都同向，第一个新的谐振模式的电谐振频率为fe'，第二个新的谐振模式为边缘枝节电流反向且远大于(大于10倍)中间枝节电流，第二个新的谐振模式的磁谐振频率为fm'，双枝节双层金属振子对结构和三枝节双层金属振子对结构的传输特性对比图如图12所示。通过调谐第二金属枝节长度与宽度可以共同调谐fe'与fm'，使得将fe'向fm靠近(fe'与fm的峰值与其之间的凹陷处对应的传输系数归一化幅度值均大于0.8)。
第四步，磁谐振枝节微扰；
如图12所示，可以看出fe'与fm虽然接近，但是二者在同频时会产生相位冲突，使得两个谐振模式产生干涉，产生传输零点而不是惠更斯谐振。针对此现象本发明将靠近介质基板边缘的两组金属枝节进行平移，平移方向与金属枝节的长度方向平移，平移方向相反，本实施例中左边枝节向下平移，右边枝节向上平移，平移距离相同均为g1，使得磁谐振产生微扰实现相位滞后，得到如图7所示的微扰三枝节双层金属振子对结构。如图13所示，当左右枝节均平移至单元的下边缘与上边缘时，调谐fe'与fm靠近(fe'与fm的峰值与其之间的凹陷处对应的传输系数归一化幅度值均大于0.8)则不会产生相位冲突，形成完整的惠更斯谐振。
第五步，设计双极化惠更斯超表面单元；
将三对金属枝节绕介质基板的中心进行90°旋转复制，得到具有双线极化响应的惠更斯超表面单元。如图15所示，当水平极化单元与垂直极化单元尺寸一致时，通过调谐L1与L2，可以实现双极化的惠更斯谐振，且具有240°的相移量。此外，当L1小于L2时，fe'<fm，电谐振与磁谐振由于干涉从带通效果变为带阻效果，变化过程如图14所示，最终fe'与fm两个传输零点间存在一个开放通带，并具有120°相移，如图16所示。可以看出图14具有(-140°～-390°)的惠更斯相移范围，而图15所示具有(-30°～-160°)的非谐振相移范围，二者共同构成约360°的相移量。
采用圆形贴片天线馈源，激励焦径比为0.2的平面惠更斯透镜，透镜以本实施例所述惠更斯超表面单元作为单元，呈30×30的阵列排布，惠更斯平面透镜示意图如图17所示。通过调谐L1与L2实现不同坐标的波前补偿，将馈源贴片天线的球面波波前补偿为平面波波前，以提升贴片天线的增益。平面口径的实际补偿相位与幅度如图18所示，可以看出本发明的惠更斯表面单元可以遍历全周期360°相位。最终透镜天线达到了22.5dBi的仿真实际增益，如图19所示，相比未加载透镜的馈源增益提升了16dB。

Claims (7)

1.一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元，其特征在于，呈90°中心旋转对称结构，包括上层金属、介质基板和下层金属；上层金属位于介质基板的上表面，下层金属位于介质基板的下表面；上层金属和下层金属的结构形状尺寸完全相同；
上层金属包括四悬臂风车型结构(1)和十字形结构(2)，十字形结构(2)位于四悬臂风车型结构(1)的内部；
四悬臂风车型结构(1)包括四个悬臂，悬臂与介质基板的四个边平行；悬臂为第一金属枝节，一端与介质基板的边缘重合，另一端向介质基板的对侧延伸；每个悬臂与相邻两个悬臂之间留有间距；
十字形结构(2)的中心对应于介质基板的中心位置，包括两个正交放置的第二金属枝节。
2.根据权利要求1所述的双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元，其特征在于，第一金属枝节的宽度小于第二金属枝节。
3.根据权利要求1所述的双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元，其特征在于，介质基板的板材选用Rogers RO4350B，相对介电常数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
=3.66，损耗角正切
Figure DEST_PATH_IMAGE004
=0.0037。
4.根据权利要求1所述的双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元，其特征在于，第一金属枝节的长度用于调谐磁谐振频率。
5.根据权利要求1所述的双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元，其特征在于，第二金属枝节的长度用于调谐电谐振频率。
6.根据权利要求1所述的双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元，其特征在于，第一金属枝节的宽度为0.15mm，第二金属枝节的宽度为0.6mm，相邻第一金属枝节之间的间距为4.475mm，第一金属枝节与介质基板边缘之间的距离为0.075mm。
7.一种权利要求1所述双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元的设计方法，其特征在于，具体过程为：
第一步，设计单枝节双层金属振子对；
设定设计频率，选定介质基板的板材和尺寸，在介质基板的上下表面平行放置单枝节振子对，使用全波仿真软件结合unit cell边界条件进行无限大周期环境模拟，调谐枝节长度与基板厚度，使得电谐振频率f e 与磁谐振频率f m 位于工作频率附近；
第二步，设计双枝节双层金属振子对；
将单枝节振子对向介质基板的平行边处平移，将单枝节振子以介质基板的中心旋转180°，得到第二组单枝节振子对，形成双枝节双层金属振子对结构；调节两组单枝节振子对之间的距离g使得电谐振频率f e 与磁谐振频率f m 接近；
第三步，设计三枝节双层金属振子对；
在双枝节双层金属振子对结构的中间再增加一对与其平行的金属枝节，形成三枝节双层金属振子对结构，引入两个新的谐振模式，第一个新的谐振模式的电谐振频率为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，第二个新的谐振模式的磁谐振频率为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，通过调谐第二金属枝节长度与宽度，将
Figure DEST_PATH_IMAGE010
向f m 靠近；
第四步，磁谐振枝节微扰；
将靠近介质基板边缘的两组金属枝节进行平移，平移方向与金属枝节的长度方向平行，平移方向相反，平移距离相同均为g 1，得到微扰三枝节双层金属振子对结构；
第五步，设计双极化惠更斯超表面单元；
将三对金属枝节绕介质基板的中心进行90°旋转复制，得到具有双线极化响应的惠更斯超表面单元。
CN202210069125.4A 2022-01-21 2022-01-21 一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元 Active CN114498049B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210069125.4A CN114498049B (zh) 2022-01-21 2022-01-21 一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210069125.4A CN114498049B (zh) 2022-01-21 2022-01-21 一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114498049A CN114498049A (zh) 2022-05-13
CN114498049B true CN114498049B (zh) 2022-11-22

Family

ID=81473236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210069125.4A Active CN114498049B (zh) 2022-01-21 2022-01-21 一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114498049B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115207638A (zh) * 2022-07-25 2022-10-18 重庆大学 一种基于全金属惠更斯超表面的透射阵列及天线
CN115133288B (zh) * 2022-08-29 2022-11-11 国网山西省电力公司电力科学研究院 多频带频率选择表面结构和信号接收设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107394370A (zh) * 2017-06-08 2017-11-24 东南大学 惠更斯表面及基于惠更斯表面的新型喇叭天线的控制方法
CN109994836A (zh) * 2019-03-21 2019-07-09 广西科技大学 一种基于惠更斯超表面的单层微带透射阵天线及制造方法
CN110380222A (zh) * 2019-06-17 2019-10-25 东南大学 一种惠更斯超表面单元、透射阵天线及单元相位控制方法
CN111834752A (zh) * 2020-07-21 2020-10-27 广西科技大学 一种单层微带双极化透射阵天线及制造方法
CN112787098A (zh) * 2021-02-10 2021-05-11 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 二维圆极化宽角扫描相控阵天线
WO2021095789A1 (ja) * 2019-11-14 2021-05-20 Ｎｉｓｓｈａ株式会社 アンテナ機能付きカバー

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107394370A (zh) * 2017-06-08 2017-11-24 东南大学 惠更斯表面及基于惠更斯表面的新型喇叭天线的控制方法
CN109994836A (zh) * 2019-03-21 2019-07-09 广西科技大学 一种基于惠更斯超表面的单层微带透射阵天线及制造方法
CN110380222A (zh) * 2019-06-17 2019-10-25 东南大学 一种惠更斯超表面单元、透射阵天线及单元相位控制方法
WO2021095789A1 (ja) * 2019-11-14 2021-05-20 Ｎｉｓｓｈａ株式会社 アンテナ機能付きカバー
CN111834752A (zh) * 2020-07-21 2020-10-27 广西科技大学 一种单层微带双极化透射阵天线及制造方法
CN112787098A (zh) * 2021-02-10 2021-05-11 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 二维圆极化宽角扫描相控阵天线

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Double-Layer, High-Gain and Dual-Polarized Huygens’ Metalens with Complete Phase Coverage;Zhiyan Bin等;《2021 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT)》;20211201;全文 *
Wideband Ultrathin Huygens" Metasurface element for 5G Millimeter-Wave Applications;Zohre Pourgholamhossein等;《2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting》;20210217;全文 *
一种双极化惠更斯超表面;傅子豪等;《2021年全国天线年会论文集》;20211031;全文 *
一种超薄双极化惠更斯超透镜天线;薛春华等;《2021年全国天线年会论文集》;20211031;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114498049A (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114498049B (zh) 一种双层金属的平面超薄惠更斯超表面单元
Han et al. Dual-polarized bandpass and band-notched frequency-selective absorbers under multimode resonance
Ataloglou et al. Microwave Huygens’ metasurfaces: Fundamentals and applications
CN102176543B (zh) 一种具有双频带特性的十字螺旋fss结构及其构建方法
CN110380222B (zh) 一种惠更斯超表面单元、透射阵天线及单元相位控制方法
US8912973B2 (en) Anisotropic metamaterial gain-enhancing lens for antenna applications
CN107275798B (zh) 超表面透镜天线
CN110504549B (zh) 基于石墨烯的吸透一体化频率选择表面
CN106532274B (zh) 基于分裂环超材料单元的双频圆极化平面反射阵天线
CN103985969B (zh) 一种介质反射面天线的设计方法
EP2738874B1 (en) Cassegrain satellite television antenna and satellite television receiver system thereof
Kwon et al. Transmission magnitude and phase control for polarization-preserving reflectionless metasurfaces
Durgun et al. High-impedance surfaces with periodically perforated ground planes
CN201994420U (zh) 一种具有双频带特性的十字螺旋fss结构
CN114597666A (zh) 反射双面像多功能超表面及设计方法
CN117060090B (zh) 一种宽带圆极化平面集成馈源透射阵天线
CN114142246A (zh) 一种基于渐变阻抗的宽频大角度超材料吸波体及制备方法
Niu et al. Dual-band and dual-polarized programmable metasurface unit with independent channels
CN114976666B (zh) 双层频率多元反射超表面及设计方法
Symeonidou et al. A novel microstrip antenna array with metamaterial-based electronic beam steering at 2.4 GHz
CN114361752B (zh) 一种介电常数梯度渐变的宽带波束合成器
Kim et al. Miniaturized square fractal ring patch unit cell for active reflective metasurface in C‐and X‐bands
CN113078461B (zh) 一种基于镜像对称法的反射阵列天线单元
CN109216933B (zh) 轴向压缩二维平面透镜天线
CN103094712B (zh) 基于超材料的透镜天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant