[发明专利]一种极化域和空间域非互易性超表面装置和控制方法

权利要求书

1.一种极化域和空间域非互易性超表面装置，其特征在于，包含：多个相同的超表面单元；

每个所述超表面单元包含辐射贴片、介质基板和金属背板三层结构，所述辐射贴片在所述介质基板的顶面，所述金属背板在所述介质基板的底面；

所述超表面单元，用于在前向频率转换和后向频率转换时，通过改变馈电点正交相位差值，调控超表面装置极化域的极化状态，每个所述超表面单元的馈电点正交相位差值均相同，所述馈电点正交相位差值是同一超表面单元的辐射贴片的正交轴对应的馈电点间加载的时变调制信号的相位差；

在前向频率转换和后向频率转换时，通过调整不同超表面单元的第一相位值，实现波束指向的非互易性，所述第一相位值是在同一超表面单元的辐射贴片的不同馈电点间加载的时变调制信号的相位值中的共有相位值；

所述前向频率转换是第一频率转换为第二频率，所述后向频率转换是第二频率转换为第一频率，所述时变调制信号为所述第一频率与所述第二频率的频差正弦信号。

2.如权利要求1所述的极化域和空间域非互易性超表面装置，其特征在于，多个相同的超表面单元按矩形排列方式均匀排列而成。

3.如权利要求1所述的极化域和空间域非互易性超表面装置，其特征在于，超表面单元中心工作频率为1～6GHz，所述时变调制信号的频率小于等于所述超表面单元中心工作频率的千分之六。

4.如权利要求1或2任一项所述的极化域和空间域非互易性超表面装置，其特征在于，所述超表面单元的辐射贴片为正方形辐射贴片，包含4个馈电点，4个馈电点分别位于正方形的四个边的中心位置处，正方形贴片相对两条边上的馈电点的输入信号相位值相同。

5.如权利要求2所述的极化域和空间域非互易性超表面装置，其特征在于出射信号频率和出射信号波束宽度，确定所述超表面单元的单元数，使出射信号的波束指向和极化状态满足设定条件。

6.如权利要求2所述的极化域和空间域非互易性超表面装置，其特征在于，对超表面单元加载的所述第一相位值为：

其中，为所述第一相位值，i、j分别为超表面单元的横向序号、纵向序号，k_in、k_out分别为入射信号频率、出射信号频率对应的波数，θ_in、θ_out分别为入射信号的入射俯仰角、对应出射信号的出射俯仰角，分别为入射信号的入射水平角、对应出射信号的出射水平角，d_x、d_y分别为相邻超表面单元之间横向单元间距、纵向单元间距；

所述入射信号为在进行前向频率转换或后向频率转换时的入射信号，所述出射信号为在进行前向频率转换或后向频率转换时的出射信号。

7.如权利要求4所述的极化域和空间域非互易性超表面装置，其特征在于，正方形辐射贴片的边长范围为：0.45λ～0.55λ，λ为超表面单元中心工作频率处的介质波长。

8.如权利要求4所述的极化域和空间域非互易性超表面装置，其特征在于，4个馈电点对应4个电路结构相同的馈电电路，每个馈电电路均由电容、变容二极管和电感组成。

9.如权利要求4所述的极化域和空间域非互易性超表面装置，其特征在于，所述超表面单元采用正方形铜辐射贴片和铜金属背板。

10.一种极化域和空间域非互易性超表面控制方法，使用权利要求1～9任一项所述装置，其特征在于，包含以下步骤：

根据出射信号频率和出射信号波束宽度，确定超表面单元的单元数，使得出射信号的波束指向和极化状态满足设定条件；

根据入射信号和出射信号的极化状态，计算超表面单元的馈电点正交相位差值，每个超表面单元的所述馈电点正交相位差值均相同；

通过入射信号和出射信号的波束指向计算每个超表面单元加载的第一相位值；

通过改变所述馈电点正交相位差值，实现超表面装置极化域非互易性，通过对每个超表面单元单独加载第一相位值，实现超表面装置空间域非互易性。