[发明专利]一种用于毫米波MIMO和空间功率合成的反射式超表面

说明书

本发明公开了一种用于毫米波MIMO和空间功率合成的反射式超表面，包括正方形的反射式超表面主体；反射式超表面主体包括N×N个反射式超表面单元；N为大于2的整数；每个单元包括从上到下依次设置的第一金属贴片、第一介质基板和第一金属背板，为三层结构；第一金属贴片为正方形的金属贴片；第一介质基板的顶面，设置有第一金属贴片；第一介质基板的整个底面，覆盖有第一金属背板；对于在反射式超表面主体不同位置上的每个反射式超表面单元，其具有的反射相位响应符合预设的口径相位分布条件。本发明的反射式超表面，其能够将入射方向不同的电磁波束，经同一反射式超表面进行反射，产生了相同方向的反射波束，验证了其对电磁波的灵活调控。

技术领域

本发明涉及超表面和贴片天线技术领域，特别是涉及一种用于毫米波MIMO和空间功率合成的反射式超表面。

背景技术

目前，超材料，因它出众的波前调控能力，引起了社会的广泛关注，也因此得到了飞速的发展。然而，超材料难以实现的等效参数、复杂的三维结构及较高的材料损耗，导致其难以被应用于实际生产。

超表面，作为一种二维形式的超材料，由于其在一个方向上的厚度为亚波长尺寸，因此，其对电磁波的调控机理，已经不再受限于三维超材料的等效媒质理论。

在2011年，一种基于梯度相位的超表面被提出，该超表面实现了反射电磁波的异常反射、折射，即实现了广义斯涅耳反射、折射定律。基于梯度相位的超表面由许多超表面单元组成，在超表面的一个或多个方向上，对超表面单元按照梯度变化的反射或透射相位响应进行排列，当电磁波入射到超表面时，其具有梯度变化规律的相位突变，使得入射电磁波实现了异常反射、折射。在梯度相位超表面出现之后，其对电磁波的强大而又自由的调控能力，引起了科学界的关注。在此之后，研究人员们基于梯度相位超表面的设计思路，实现了空间波到表面波的完美转换、对电磁波的完美透射以及宽频带内对电磁波的幅度相位同时调控。

目前，多进多出(multiple input multiple output，MIMO)技术，作为5G毫米波的关键技术，已经成为现阶段研究热点。MIMO技术可以通过扩展信道容量，来提高数据传输速率，被作为5G最有效的应用。

但是，现阶段的毫米波MIMO系统，是一般由多透镜实现的系统，其存在尺寸大和部分信道信号较弱的弊端，例如图1a所示，由一般透镜构成的2×2MIMO系统(即2发2收，1收1发为一个天线对，是一个射频系统可以正常工作的最小单元)有两条信号较弱的信道。

而在电子对抗中，经常需要产生大功率的电磁波束，现有的空间功率合成技术，经常采用毫米波功率合成技术，由于常采用镀金波导以及复杂的功率分网络，导致成本较高、损耗较大。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，能够解决以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种用于毫米波MIMO和空间功率合成的反射式超表面。

为此，本发明提供了一种用于毫米波MIMO和空间功率合成的反射式超表面，其包括正方形的反射式超表面主体；

反射式超表面主体，包括N×N个反射式超表面单元；N为大于2的整数；

其中，每个反射式超表面单元，包括从上到下依次设置的第一金属贴片、第一介质基板和第一金属背板，为三层结构；

第一金属贴片，为正方形的金属贴片；

第一介质基板的顶面，设置有第一金属贴片；

第一介质基板的整个底面，覆盖设置有第一金属背板；

其中，对于在反射式超表面主体不同位置上的每个反射式超表面单元，其具有的反射相位响应，符合预设的口径相位分布条件。

优选地，反射式超表面主体，包括15×15个反射式超表面单元。