CN113726381A - 一种动态波束扫描透射型编码超表面阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其包含若干个周期性排列的超表面单元，超表面单元包含依次叠放的：第一金属贴片、第一介质基板、第二金属贴片、第二介质基板、第三金属贴片等，第一金属贴片的偏置线与第二金属贴片连接，第一金属贴片的第一矩形金属贴片与所述第三金属贴片的第二矩形金属贴片连接，通过在第三金属贴片的馈线加载不同的偏置电压，以使各超表面单元达到预设的透射幅度和相位分布，采用FPGA预编码动态控制加载的偏置电压，实现透射电磁波动态波束扫描。其优点是：其通过对底层的第三金属贴片加载偏置电压，不需要额外的偏置电路层，具有大角度快速扫描、宽带、超薄、低成本的特性，整体结构简单、轻质、易加工。

Description

一种动态波束扫描透射型编码超表面阵列

技术领域

本发明涉及微波频段电磁波调控技术领域，具体涉及一种新型动态波束扫描透射型编码超表面阵列。

背景技术

波束扫描是阵列天线的重要功能，与波束方向始终保持不变的定波束阵列天线相比，具有波束扫描功能的阵列天线通常用于导弹、军舰、地面雷达等军事设施中用于探测和识别复杂环境下的快速多目标，或者智能车辆、手机等移动通信设备中用于高速率和多通道的宽带通信。

传统的天线波束扫描方式包括机械扫描和电子扫描。其中，机械扫描是通过机械旋转装置控制天线的转向实现波束扫描的，如抛物面反射天线。这类天线馈电方式简单，维护陈本较低，但设备笨重、体积庞大、导致***反应速度慢，扫描范围较小且无法同时跟踪多个目标，降低了天线***的整体可靠性，无法满足快速扫描和跟踪的现代通信和军事需求。电子扫描是指相控阵天线，每个天线单元的后面都连接一个T/R(Transmitter/Receiver)组件(包含移相器和衰减器)。通过调节移相器的相位和衰减器的幅度控制阵列天线合成的波束指向。由于移相器和衰减器受计算机控制，天线单元馈电相位变化响应迅速，单元馈电幅度可调，因此合成的波束具有指向快速可调，数据分辨率高，抗干扰能力强等优点。然而，相控阵天线需要大量的T/R组件，同时T/R组件损耗较高，使得相控阵天线造价昂贵，效率偏低且馈电网络较为复杂。此外，T/R组件带宽较窄，极大地限制了宽带天线的性能。因此，需要一种新型的便于实际应用的波束扫描结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态波束扫描透射型编码超表面阵列，将多个周期性排列的超表面单元相结合，每个超表面单元均包含第一金属贴片、第一介质基板、第二金属贴片、第二介质基板、第三金属贴片，通过对底层的第三金属贴片加载偏置电压，不需要额外的偏执电路层，具有快速扫描、宽带、超薄、低成本的特性，整体结构简单、轻质、易加工。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种动态波束扫描透射型编码超表面阵列，包含若干个周期性排列的超表面单元，所述超表面单元包含依次叠放的：用于接收电磁波的第一金属贴片、第一介质基板、用于产生偏置电流闭合回路的第二金属贴片、第二介质基板、用于辐射电磁波的第三金属贴片，所述第一金属贴片位于顶部，所述第三金属贴片位于底部，

其中，所述第一金属贴片上包含矩形方环、第一矩形金属贴片、偏置线，所述第一矩形金属贴片设置于所述矩形方环内部且其通过两个开关二极管与矩形方环连接，偏置线与矩形方环连接；

所述第三金属贴片上包含第二矩形金属贴片和馈线，相邻超表面单元的第二矩形金属贴片之间通过馈线连接；

所述第一金属贴片的偏置线与所述第二金属贴片连接，所述第一金属贴片的第一矩形金属贴片与所述第三金属贴片的第二矩形金属贴片连接，通过在第三金属贴片的馈线加载不同的偏置电压，以使各超表面单元达到预设的透射幅度和相位分布，采用FPGA预编码动态控制加载的偏置电压，实现透射电磁波动态波束扫描。

可选的，当空气中的TE极化电磁波入射到编码超表面阵列的一侧表面时，编码超表面阵列的每个超表面单元都产生谐振，并从编码超表面阵列的另一侧表面辐射出去；当空气中的TM极化电磁波入射到编码超表面阵列的一侧表面时，TM极化电磁波发生全反射。

可选的，所述第一矩形金属贴片和所述矩形方环的两个开关二极管按阴极或阳极同方向排列，所述开关二极管在导通情况下等效为电阻，在截止情况下等效为电容；所述偏置线沿x轴排列，所述偏置线的一端与矩形方环中部连接，其另一端通过第一金属圆柱和所述第二金属贴片连接。

可选的，所述第一矩形金属贴片的长度和宽度不同，所述矩形方环的长度和宽度不同，所述矩形方环各侧边环宽相等；所述偏置线的长度为工作中心频率对应波长的1/4。

可选的，所述第二金属贴片上开设有第一通孔，一第二金属圆柱穿过所述第一通孔将所述第一矩形金属贴片和所述第二矩形金属贴片连接，且所述第二金属圆柱和所述第二金属贴片不接触；

所述第二金属贴片的平面尺寸与超表面单元周期相同。

可选的，第三金属贴片的第二矩形金属贴片刻蚀有U型槽，所述U型槽关于y轴对称；所述第二矩形金属贴片的长度和宽度不相等；相邻超表面单元的第二矩形金属贴片通过沿x轴向排列的馈线相连，所述馈线设置于第二矩形金属贴片交流电压零势位置。

可选的，编码超表面阵列根据公式1进行聚焦预处理的补偿相位计算，并将补偿相位Δψ超过360°的单元相位按照360°取模，其中m,n分别为超表面单元的序列号，p为超表面单元周期，L为馈源天线相位中心与超表面中心的几何距离，λ为工作中心频率对应的自由空间波长，

可选的，两个开关二极管分别为第一开关二极管和第二开关二极管，当第三金属贴片连接正电压时，定义为状态0，此时第一开关二极管导通，第二开关二极管截止；当第三金属贴片连接负电压时，定义为状态1，此时第一开关二极管截止，第二开关二极管导通；状态0和状态1的透射电磁波的幅度相等，相位相差为180°。

可选的，将编码超表面阵列每个超表面单元的聚焦补偿相位根据公式2进行相位量化，其中，补偿相位Δψ在0°～180°之间的按照补偿相位0°处理，对应超表面单元为状态0，即第一开关二极管导通，第二开关二极管截止；补偿相位Δψ在180°～360°之间的按照补偿相位180°处理，对应超表面单元为状态1，即第一开关二极管截止，第二开关二极管导通，

可选的，将编码超表面阵列每n列超表面单元作为一个子阵，n＝2,3,4…，将划分过子阵的超表面单元按一定的规律编码，最后将量化补偿相位和编码相位进行相位叠加，叠加遵从如下规则：“0°”+“0°”＝“0°”，“0°”+“180°”＝“180°”，“180°”+“180°”＝“0°”。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明中的一种动态波束扫描透射型编码超表面阵列，将多个周期性排列的超表面单元相结合，每个超表面单元均包含第一金属贴片、第一介质基板、第二金属贴片、第二介质基板、第三金属贴片，通过对底层的第三金属贴片加载偏置电压，不需要额外的偏置电路层，结构简单、成本较低。

进一步的，本发明的超表面单元仅有两层薄介质层且未引入空气层，具有低剖面的特点。所述超表面单元各层金属贴片之间紧耦合，形成三阶带同滤波器响应，有效地拓展了工作带宽。另外，通过FPGA预编码动态控制加载的偏置电压，可灵活的控制透射电磁波的波束方向，实现大角度波束扫描，在天线、成像、通讯***、电磁对抗和军事隐身等领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的超表面单元整体三维结构示意图；

图2为本发明的第一金属贴片示意图；

图3为本发明的第二金属贴片示意图；

图4为本发明的第三金属贴片示意图；

图5为本发明的超表面单元立体结构示意图；

图6为本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列回波损耗仿真结果；

图7为本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列传输系数仿真结果；

图8为本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列传输相位仿真结果；

图9为本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列聚焦补偿相位分布示意图；

图10为本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列1-bit量化后聚焦补偿相位分布；

图11为本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列“01010101”编码对应的补偿相位分布；

图12为本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列1-bit量化后聚焦相位与“01010101”编码相位叠加后的相位分布；

图13为本发明的喇叭天线加载动态波束扫描透射型编码超表面阵列前后回波损耗仿真结果；

图14为本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列“00000000”编码归一化辐射方向图仿真结果；

图15为本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列“01010101”编码归一化辐射方向图仿真结果。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1～图5结合所示，为本发明的一种动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其包含若干个周期性排列的超表面单元，所述超表面单元包含依次叠放的：第一金属贴片1、第一介质基板4、第二金属贴片2、第二介质基板5、第三金属贴片3，所述第一金属贴片1位于顶部即顶层金属贴片，所述第三金属贴片3位于底部即底层金属贴片，第二金属贴片2位于两者之间，为中间层金属地平面，其中顶层金属贴片起到接收电磁波的作用，中间层金属地平面起到产生偏置电流闭合回路的作用，底层金属贴片起到辐射电磁波的作用，两个介质基板起到支撑的作用。在本实施例中，动态波束扫描透射型编码超表面阵列(简称编码超表面阵列)的各个超表面单元结构相同。

其中，所述第一金属贴片1上包含矩形方环1-2、第一矩形金属贴片1-3、偏置线1-1，所述第一矩形金属贴片1-3设置于所述矩形方环1-2内部且其通过两个开关二极管1-4与矩形方环1-2连接。所述偏置线1-1的一端与矩形方环1-2连接，其另一端通过第一金属圆柱4-1与第二金属贴片2连接。所述第三金属贴片3上包含第二矩形金属贴片3-2和馈线3-1，相邻超表面单元的第二矩形金属贴片3-2之间通过馈线3-1连接。所述第一金属贴片1的第一矩形金属贴片1-3通过第二金属圆柱4-2与所述第三金属贴片3的第二矩形金属贴片3-2连接。

其中，第一金属贴片1上的偏置线1-1用于将偏置电流引入到第二金属贴片2上形成闭合回路，矩形方环1-2用于接收所需频率的电磁波，第一矩形金属贴片1-3用于连接两个开关二极管。第三金属贴片3上的馈线3-1用于引入偏置电压，第二矩形金属贴片3-2用于辐射所需频率的电磁波。当第三金属贴片3上的馈线3-1上加载偏置电压时(如正电压)，产生的偏置电流通过第二金属圆柱4-2流向第一金属贴片1上的第一矩形金属贴片1-3，使得两个开关二极管1-4中的一个处于导通状态，另一个处于截止状态，偏置电流再经过第一金属圆柱4-1流向第二金属贴片2，产生闭合回路。照射到第一金属贴片1上的电磁波再由第三金属贴片3上的第二矩形金属贴片3-2辐射出去。当第三金属贴片3上的馈线3-1上加载相反的偏置电压时(即负电压)，两个开关二极管1-4处于相反的工作状态(即加载正偏置电压导通的开关二极管在加载负偏置电压的情况下处于截止状态)。此时，照射到第一金属贴片1上的矩形方环1-2电磁波再由第三金属贴片3上的第二矩形金属贴片3-2辐射出去，但辐射电磁波的相位与加载正电压辐射的电磁波相位相差180°。这样，通过加载不同的控制电压使编码超表面阵列的各超表面单元达到预设即预期的透射幅度(接近于1)和相位分布(0°或180°)，再利用FPGA预编码动态控制加载的偏置电压，实现透射电磁波动态波束扫描。

所述超表面单元仅有两层薄介质层且未引入空气层，具有低剖面的特点。所述超表面单元各层金属贴片之间紧耦合，形成三阶带同滤波器响应，有效地拓展了工作带宽。另外，超表面单元利用底层金属贴片加载偏置电压，未引入额外的偏置电路层，具有结构简单、低成本等优势。

在本实施例中，当空气中的TE极化电磁波入射到编码超表面阵列的一侧表面(顶层或底层)时，编码超表面阵列的每个超表面单元都产生谐振，并从编码超表面阵列的另一侧表面辐射出去；当空气中的TM极化电磁波入射到编码超表面阵列的一侧表面(顶层或底层)时，TM极化电磁波发生全反射。

在本实施例中，所述超表面单元工作频段为X波段，其编码超表面阵列的整体尺寸为216×216×3mm³(长×宽×高)。

进一步的，如图2所示，所述第一矩形金属贴片1-3和所述矩形方环1-2的中心重合，所述第一矩形金属贴片1-3和所述矩形方环1-2的两个开关二极管1-4按阴极或阳极同方向排列(开关二极管1-4可选用MA/COM公司MADP-000907型号产品)，开关二极管1-4的一端与所述第一矩形金属贴片1-3的一边中部位置连接，另一端与矩形方环1-2的一边中部位置连接。

所述第一矩形金属贴片1-3的长度和宽度不相等，所述矩形方环1-2的长度和宽度不相等，所述矩形方环1-2各侧边环宽相等，其中矩形方环1-2的长度决定谐振频率，矩形方环1-2的宽度调节阻抗大小，所述第一矩形金属贴片1-3的长度由焊接开关二极管1-4所需的尺寸决定，第一矩形金属贴片1-3的宽度起到调节阻抗的作用。在本实施例中，所述第一矩形金属贴片1-3的长度为2.1mm，宽度为2mm；所述矩形方环1-2的长度为5.5mm，宽度为5.1mm，其个侧边的环宽为0.75mm。所述开关二极管1-4在导通情况下等效为电阻，其阻值为0.5Ω，在截止情况下等效为电容，容值为0.05pF。

所述偏置线1-1沿x轴排列，所述偏置线1-1的一端与矩形方环1-2中部连接，其另一端通过第一金属圆柱4-1和所述第二金属贴片2连接。所述偏置线1-1的长度约为工作中心频率对应波长的1/4，偏置线1-1宽度不宜过大，以避免影响超材料单元性能。在本实施例中，所述第一金属圆柱4-1直径为0.2mm。在本实施例中，所述偏置线1-1的长度为1.75mm，其宽度为0.2mm。

第三金属贴片3的第二矩形金属贴片3-2刻蚀有U型槽3-3，所述U型槽3-3关于y轴对称，其由一条沿x轴方向的水平缝隙和两条沿y轴方向的垂直缝隙组成，所述U型槽3-3用来控制第二矩形金属贴片3-2的表面电流分布以及实现阻抗匹配。所述第二矩形金属贴片3-2的长度和宽度不相等。相邻超表面单元的第二矩形金属贴片3-2通过沿x轴向排列的馈线3-1相连，所述馈线3-1设置于第二矩形金属贴片3-2的中间位置，即第二矩形金属贴片3-2的交流电压零势位置，避免直流偏置电压对射频信号产生干扰。所述的馈线3-1应选用线宽较细的高阻线。在本实施例中，所述第二矩形金属贴片3-2的长度为5.5mm，宽度为7.0mm，U型槽3-3水平方向缝隙长度为2.0mm，宽度为0.5mm，垂直方向缝隙长度为4.5mm，宽度为0.75mm，所述第二矩形金属贴片3-2中心和U型槽3-3中心重合。所述馈线3-1的宽度为0.2mm。

如图3和图5所示，所述第二金属贴片2的平面尺寸与超表面单元周期相同，在本实施例中，尺寸为9.0mm。所述第二金属贴片2上开设有第一通孔，第二金属圆柱4-2穿过所述第一通孔将所述第一矩形金属贴片1-3和所述刻蚀了U型槽3-3的第二矩形金属贴片3-2连接，且所述第二金属圆柱4-2和所述第二金属贴片2不接触。编码超表面阵列是由大量编码超表面单元排列组成，每个超表面单元都需要金属圆柱连接顶层金属贴片和底层金属贴片，使用导电线物理上无法实现每个超表面单元顶层金属贴片和底层金属贴片连接。在本实施例中，所述第一通孔为圆形孔，其直径为0.4mm。第二金属圆柱4-2的直径为0.2mm。

两个开关二极管1-4分别为第一开关二极管PIN1和第二开关二极管PIN2，当第三金属贴片3连接正电压时，定义为状态0，此时第一开关二极管PIN1导通，第二开关二极管PIN2截止；当第三金属贴片3连接负电压时，定义为状态1，此时第一开关二极管PIN1截止，第二开关二极管PIN2导通；状态0和状态1的透射电磁波的幅度相等，相位相差为180°。

如图6所示，在本实施例中，超表面单元在状态0和状态1下，均产生三个传输零点，形成三阶带同滤波器响应，有效地拓展了传输带宽。如图7和图8所示，在本实施例中，所述超表面单元在8.9-11.85GHz的频率范围内，两种状态下的传输损耗仿真结果均小于3.0dB，两种状态下的传输相位差接近180°。

如图1和图9结合所示，在本实施例中，编码超表面阵列根据公式(1)进行聚焦预处理的补偿相位计算，并将补偿相位Δψ超过360°的单元相位按照360°取模，其中m,n分别为超表面单元的序列号，p为超表面单元周期，L为馈源天线相位中心与超表面中心的几何距离，λ为工作中心频率对应的自由空间波长，

在本实施例中，超表面单元周期取9.0mm，L取61.0mm，λ取27.3mm。

如图1和图10所示，将编码超表面阵列每个超表面单元的聚焦补偿相位根据公式(2)进行相位量化，其中，补偿相位Δψ在0°～180°之间的按照补偿相位0°处理，对应超表面单元为状态0，即第一开关二极管PIN1导通，第二开关二极管PIN2截止；补偿相位Δψ在180°～360°之间的按照补偿相位180°处理，对应超表面单元为状态1，即第一开关二极管PIN1截止，第二开关二极管PIN2导通，

将编码超表面阵列每n列超表面单元作为一个子阵，n＝2,3,4…，将划分过子阵的超表面单元按一定的规律编码(如按“01010101”编码)，最后将量化补偿相位和编码相位进行相位叠加，叠加遵从如下规则：“0°”+“0°”＝“0°”，“0°”+“180°”＝“180°”，“180°”+“180°”＝“0°”。如图11所示，在本实施例中，编码超表面阵列每3列超表面单元作为一个子阵，将划分过子阵的超表面按“01010101”规律编码。如图12所示，编码超表面阵列量化后的补偿相位和“01010101”规律编码的相位进行相位叠加，叠加遵从如下规则：“0°”+“0°”＝“0°”，“0°”+“180°”＝“180°”，“180°”+“180°”＝“0°”。

可选的，所述第一金属贴片1、第二金属贴片2、第三金属贴片3均为铜箔，动态波束扫描透射型编码超表面阵列中，各类型金属贴片在水平方向和垂直方向单元数量一致。在本实施例中，铜箔的厚度约为0.035mm，各类型金属贴片在各方向上均为24个，采用的介质基板为ArlonAD 450，介电常数4.5，损耗正切角0.0035，介质厚度1.5mm。

当喇叭天线辐射的TE极化电磁波入射到所述“00000000”或“01010101”编码超表面阵列时，编码超表面阵列的每个超表面单元都产生谐振，相邻的超表面子阵编码相同则透射的电磁波在远场同相叠加，编码相反则透射的电磁波在远场反相相消。所述编码超表面阵列通过FPGA或其他集成电路在第三金属贴片3上合理的加载不同的偏置电压(正电压或负电压)，完成超材料阵列上每个超表面单元预期的透射幅度(接近于1)和相位分布(0°或180°)，实现透射电磁波动态波束扫描的功能。本实施例实施过程中利用全波仿真软件CST进行仿真，利用周期性边界条件和Floquet端口得到该动态波束扫描透射型编码超表面单元特性，使其满足在不同的偏置电压下，对应的两种状态透射的电磁波幅度相等、相位相差180°的要求，再利用喇叭天线作为馈源，仿真整个超表面阵列的特性。

如图13所示，馈源喇叭天线加载本实施例所述的编码超表面阵列前后，在8-12GHz的频率范围内，回波损耗均小于-10dB。

如图14和图15所示，本实施例的编码超表面阵列在“00000000”和“01010101”两种编码下10GHz的归一化辐射方向图，波束指向分别为0°和30°。利用FPGA预加载不同的偏置电压，实现超表面阵列的其他编码，如“00100100”、“00011011”等，可以实现其他的波束指向，从而完成电磁波动态波束扫描。

采用上述动态波束扫描透射型编码超表面阵列进行仿真测试，仿真测试结果表明：在到8.9-11.85GHz频率范围内，本发明的各超表面单元的传输损耗小于3dB，本发明的动态波束扫描透射型编码超表面阵列可灵活的控制透射电磁波的波束方向，在天线、成像、通讯***、电磁对抗和军事隐身等领域有广泛的应用前景。

综上所述，本发明中的一种动态波束扫描透射型编码超表面阵列，将多个周期性排列的超表面单元相结合，每个超表面单元均包含第一金属贴片1、第一介质基板4、第二金属贴片2、第二介质基板5、第三金属贴片3，通过对底层的第三金属贴片3加载偏置电压，不需要额外的偏置电路层，结构简单、成本较低。

进一步的，本发明的各个金属贴片之间未引入空气层，具有超薄(3mm)的特点，厚度对应中心频率10GHz波长的十分之一，其整体结构尺寸小，整个超表面单元尺寸仅为工作波长的十分之三。

进一步的，本发明利用开关二极管1-4的导通和截止，控制超表面单元透射电磁波束的相位，通过叠加聚焦相位，控制波束增益，无需高额成本的T/R组件调节增益和相位。

进一步的，本发明通过FPGA控制透射型编码超表面阵列的不同编码，实现比机械扫描响应更快的电磁波束扫描。

进一步的，本发明的超表面单元具有三个独立的谐振点，形成具有三阶谐振特性的带通滤波器特性，相对带宽达到28％。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，包含若干个周期性排列的超表面单元，所述超表面单元包含依次叠放的：用于接收电磁波的第一金属贴片、第一介质基板、用于产生偏置电流闭合回路的第二金属贴片、第二介质基板、用于辐射电磁波的第三金属贴片，所述第一金属贴片位于顶部，所述第三金属贴片位于底部，

其中，所述第一金属贴片上包含矩形方环、第一矩形金属贴片、偏置线，所述第一矩形金属贴片设置于所述矩形方环内部且其通过两个开关二极管与矩形方环连接，偏置线与矩形方环连接；

所述第三金属贴片上包含第二矩形金属贴片和馈线，相邻超表面单元的第二矩形金属贴片之间通过馈线连接；

所述第一金属贴片的偏置线与所述第二金属贴片连接，所述第一金属贴片的第一矩形金属贴片与所述第三金属贴片的第二矩形金属贴片连接，通过在第三金属贴片的馈线加载不同的偏置电压，以使各超表面单元达到预设的透射幅度和相位分布，采用FPGA预编码动态控制加载的偏置电压，实现透射电磁波动态波束扫描。

2.如权利要求1所述的动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，

当空气中的TE极化电磁波入射到编码超表面阵列的一侧表面时，编码超表面阵列的每个超表面单元都产生谐振，并从编码超表面阵列的另一侧表面辐射出去；当空气中的TM极化电磁波入射到编码超表面阵列的一侧表面时，TM极化电磁波发生全反射。

3.如权利要求1所述的动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，

所述第一矩形金属贴片和所述矩形方环的两个开关二极管按阴极或阳极同方向排列，所述开关二极管在导通情况下等效为电阻，在截止情况下等效为电容；所述偏置线沿x轴排列，所述偏置线的一端与矩形方环中部连接，其另一端通过第一金属圆柱和所述第二金属贴片连接。

4.如权利要求1或3所述的动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，

所述第一矩形金属贴片的长度和宽度不同，所述矩形方环的长度和宽度不同，所述矩形方环各侧边环宽相等；所述偏置线的长度为工作中心频率对应波长的1/4。

5.如权利要求1所述的动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，

所述第二金属贴片上开设有第一通孔，一第二金属圆柱穿过所述第一通孔将所述第一矩形金属贴片和所述第二矩形金属贴片连接，且所述第二金属圆柱和所述第二金属贴片不接触；

所述第二金属贴片的平面尺寸与超表面单元周期相同。

6.如权利要求1所述的动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，

第三金属贴片的第二矩形金属贴片刻蚀有U型槽，所述U型槽关于y轴对称；所述第二矩形金属贴片的长度和宽度不相等；相邻超表面单元的第二矩形金属贴片通过沿x轴向排列的馈线相连，所述馈线设置于第二矩形金属贴片交流电压零势位置。

7.如权利要求1所述的动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，

编码超表面阵列根据公式1进行聚焦预处理的补偿相位计算，并将补偿相位Δψ超过360°的单元相位按照360°取模，其中m,n分别为超表面单元的序列号，p为超表面单元周期，L为馈源天线相位中心与超表面中心的几何距离，λ为工作中心频率对应的自由空间波长，

8.如权利要求1所述的动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，

两个开关二极管分别为第一开关二极管和第二开关二极管，当第三金属贴片连接正电压时，定义为状态0，此时第一开关二极管导通，第二开关二极管截止；当第三金属贴片连接负电压时，定义为状态1，此时第一开关二极管截止，第二开关二极管导通；状态0和状态1的透射电磁波的幅度相等，相位相差为180°。

9.如权利要求8所述的动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，

将编码超表面阵列每个超表面单元的聚焦补偿相位根据公式2进行相位量化，其中，补偿相位Δψ在0°～180°之间的按照补偿相位0°处理，对应超表面单元为状态0，即第一开关二极管导通，第二开关二极管截止；补偿相位Δψ在180°～360°之间的按照补偿相位180°处理，对应超表面单元为状态1，即第一开关二极管截止，第二开关二极管导通，

10.如权利要求1所述的动态波束扫描透射型编码超表面阵列，其特征在于，

将编码超表面阵列每n列超表面单元作为一个子阵，n＝2,3,4…，将划分过子阵的超表面单元按一定的规律编码，最后将量化补偿相位和编码相位进行相位叠加，叠加遵从如下规则：“0°”+“0°”＝“0°”，“0°”+“180°”＝“180°”，“180°”+“180°”＝“0°”。

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