一种非互易性超表面装置和控制方法与流程

技术特征：
1.一种非互易性超表面装置，其特征在于，包含超表面单元；每个所述超表面单元由辐射贴片、介质基板和金属背板三层结构组成，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，根据时变调制信号相位值，分别加载不同的单元相位值，实现波束指向的非互易性；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正弦信号，所述时变调制信号的频率为所述第一频率与第二频率的频差。2.如权利要求1所述的非互易性超表面装置，其特征在于，所述金属背板内包含一个馈电电路，所述馈电电路包含：一分二功分网络，第一、第二金属化通孔，时变调制信号馈入端口，第一、第二电感，第一、第二电容，第一、第二变容二极管；所述第一、第二金属化通孔，用于将所述一分二功分网络的两个末端与所述辐射贴片的边缘连接；所述时变调制信号馈入端口位于所述一分二功分网络的输入端，所述时变调制信号经所述时变调制信号馈入端口进入所述一分二功分网络；在进行前向频率转换时，第一入射信号经所述第一金属化通孔、第一电感至所述第一变容二极管处，与所述时变调制信号混频后经所述第一电容隔绝低频信号，再经所述第二电容、第二变容二极管和第二电感至第二金属化通孔，输出第一出射信号；在进行后向频率转换时，第二入射信号经所述第二金属化通孔、第二电容至所述第二变容二极管处，与所述时变调制信号混频后经所述第二电感隔绝高频信号，再经所述第一电容、第一变容二极管、第一电感至所述第一金属化通孔，输出第二出射信号；所述第一入射信号和第二出射信号的频率均为所述第一频率，所述第一出射信号和第二入射信号的频率均为第二频率。3.如权利要求1所述的非互易性超表面装置，其特征在于，所述非互易性超表面装置由所述超表面单元按矩形排列方式均匀排列而成。4.如权利要求1所述的非互易性超表面装置，其特征在于，所述超表面单元的尺寸与单元数通过超表面工作频率和预设的第一出射信号的指向角度确定，所述第一出射信号为在进行前向频率转换时的出射信号。5.如权利要求1所述的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。6.如权利要求1所述的非互易性超表面装置，其特征在于，所述时变调制信号的频率为40mhz，所述超表面工作频率为2.5ghz，所述介质基板使用rogers 5880材料，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，厚度为1.575毫米。7.如权利要求3所述的非互易性超表面装置，其特征在于，所述超表面单元的单元相位值为：其中，i、j分别为超表面单元的行序号、列序号，k1、k2分别为频率为第一、第二频率的信号的波数，θ1、θ2分别为第一入射信号的第一入射俯仰角、第一出射信号的第一出射俯仰角，
为第一出射信号的第一出射水平角，d为超表面单元之间的单元间距；所述第一入射信号为在进行前向频率转换时的入射信号，所述第一出射信号为在进行前向频率转换时的出射信号。8.如权利要求5所述的非互易性超表面装置，其特征在于，所述正方形铜辐射贴片的边长为45mm。9.一种非互易性超表面控制方法，使用权利要求1～7任一项所述装置，其特征在于，包含以下步骤：根据已知的超表面工作频率和第一出射信号的波束宽度，计算超表面单元的尺寸和单元数，所述第一出射信号为在进行前向频率转换时的出射信号；根据第一入射信号的第一入射俯仰角和第一出射信号的第一出射俯仰角，计算各超表面单元的单元相位值，所述第一入射信号为在进行前向频率转换时的入射信号；根据在前向频率转换时，时变调制信号相位值与所述单元相位值关系，确定时变调制信号相位。

技术总结
本发明公开一种非互易性超表面装置，包含超表面单元；每个所述超表面单元由辐射贴片、介质基板和金属背板三层结构组成，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，根据时变调制信号相位值，分别加载不同的单元相位值，实现波束指向的非互易性。本发明还公开一种非互易性超表面控制方法，使用所述装置。本发明实现了高集成度的非互异性器件，尤其使用点对点通信。尤其使用点对点通信。尤其使用点对点通信。


技术研发人员：臧家伟 王守源 潘娟 孟梦 安少赓
受保护的技术使用者：中国信息通信研究院
技术研发日：2022.02.24
技术公布日：2022/6/28