本发明属于人工电磁超材料领域，具体涉及一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元。
背景技术：
1、超表面作为电磁超材料的二维形式，是一种由亚波长尺寸的基本单元在二维平面内排布而成的人工电磁材料，可以实现对电磁波各种特性的调控。由于在完成加工制备后，由无源结构成的电磁超表面的电磁响应也将随之固定。只能满足特定的功能需求，限制了超表面器件的应用范围和发展前景。
2、近期研究学者们将可调元素与超表面相结合，提出了可重构超表面的概念。在外部激励源作用下，可重构超表面器件能根据具体的需求(环境、人为等)改变其电磁功能。而2014年提出的数字编码超表面的概念则将电磁表面引入的不连续的相位梯度进行离散化，从而实现更加灵活的电磁调控。然而，有源器件的引入通常会带来额外的损耗，降低器件的总体工作效率；同时，有源设计往往都仅能工作于较窄的频带之内，使得其应用具有局限性。
3、因此设计一种1比特相位可调的高效宽带透射超表面单元仍然具有挑战性并具有广泛的应用前景。
技术实现思路
1、发明目的：本发明设计了一种工作在ku波段的高效宽带1比特透射超表面单元，所述超表面单元可以在ku波段宽频带内保证对入射波较高的透射率，同时对入射波的相位进行0°或180°的调控，通过将这一单元组成不同编码的阵列，可以实现众多的电磁调控功能。
2、技术方案：为实现上述发明目的，本发明提出以下技术方案：
3、一种工作在ku波段的高效宽带1比特透射超表面单元，其基本单元采用接收-辐射型结构，由上至下包括接收贴片层、第一介质层、馈电层、半固化片层、地层、第二介质层和辐射贴片层，所述接收贴片层与所述馈电层通过贯穿第一介质层的第一盲孔和第二盲孔连接，所述接收贴片层与所述辐射贴片层通过贯穿第一介质层和第二介质层的金属通孔连接，所述地层与所述辐射贴片层通过第三盲孔连接；所述接收贴片层包括第一贴片组、第一pin二极管和第二pin二极管，所述第一贴片组由中心贴片及位于中心贴片两侧的第一左贴片和第一右贴片构成，所述第一pin二极管加载于中心贴片与第一左贴片之间，所述第二pin二极管加载于中心贴片与第一右贴片之间，通过交替打开和关闭两个pin二极管，可以使第一贴片组激发出相反方向的表面电流，从而产生180°的相位差；
4、所述馈电层由两条平行的第一金属窄带线和第二金属窄带线构成，所述第一金属窄带线和第二金属窄带线分别与第一左贴片和第一右贴片通过贯穿第一介质层的第一盲孔和第二盲孔连接实现方便的直流偏置，可以通过调节金属窄带线的左右位置使得不同行单元的馈电线路错开，为每个超表面基本单元提供独立的偏置电路，实现更加灵活的电磁调控功能,每条金属窄带线两端分别加载了适当半径与张开角度的扇形枝节以实现射频信号与直流信号的良好隔离。
5、所述地层中心设置一个直径大于金属通孔的过孔,以保证金属通孔穿过，确保直流信号与射频信号隔离良好。
6、所述辐射贴片层包括由第二左贴片和第二右贴片构成的第二贴片组，所述第二右贴片通过单元中心贯穿两层介质的金属通孔与接收贴片层中心贴片连接，将接收贴片层的电磁场耦合到辐射贴片层上，所述第二右贴片通过贯穿第二介质层的第三盲孔与地层相连接，实现对接收贴片层pin二极管的直流偏置。所述第二左贴片通过耦合部分表面电流，增强单元的辐射效果。
7、作为优选，所述接收贴片层的中心贴片及第一左贴片、第一右贴片三者中心在同一水平线上且为矩形结构，所述中心贴片长度较短于第一左贴片和第一右贴片长度，第一左贴片和第一右贴片相对中心贴片呈对称分布，pin二极管加载于中心贴片与左右贴片之间的中心位置，保证单元结构在不同相位状态时透射性能的高对称性。所述第二左贴片通过耦合部分表面电流，增强单元的辐射效果。
8、作为优选，所述矩形结构的中心贴片及第一左贴片、第一右贴片宽度相同。
9、作为优选，所述接收贴片层还包括位于第一贴片组下方的第一金属短线，加载的第一金属短线作为无源寄生旁路，引入了新的谐振点并加强了单元在谐振点处的谐振深度，有效提升了透射效率并增加了单元的工作带宽。
10、作为优选，所述第一盲孔和第二盲孔分别加载于第一金属窄带线和第二金属窄带线的中心位置。
11、作为优选，所述辐射贴片层的第二左贴片和第二右贴片中心在同一水平线上且为矩形结构，第二左贴片长度短于第二右贴片长度。
12、作为优选，第二左贴片和第二右贴片宽度相同。
13、作为优选，所述辐射贴片层包括位于第二贴片组下方的第二金属短线，用以提升单元的透射效率并增加单元的工作带宽。
14、作为优选，所述半固化片层主要由树脂和玻纤布制成，厚度极薄，用以连接第一介质层和第二介质层。
15、作为优选，所述半固化层为it-180abs2116rc53、rogers 4450t中的一种。
16、作为优选，所述第一介质层和第二介质层均选择损耗极低的高频pcb电路板，以减少电磁波透过超表面时的能量损耗，实现高透射效率。
17、作为优选，所述第一介质层和第二介质层为fr4，f4b，rogers ro4350b中的一种或者几种。
18、作为优选，所述接收贴片层、馈电层、地层和辐射贴片层均为铜、铝、钨等高导电率的金属材料，并使用沉金、喷锡等工艺提升抗氧化效果。
19、通过交替打开和关闭接收贴片层上的两个pin二极管，可以令透射超表面单元在设计频带内有较低的插入损耗，并呈现两种相位差为180°的电磁响应，从而构成1比特透射相位的动态调控。
20、有益效果：该发明通过集成两个pin二极管，利用反向电流原理，创建了一个高效的1比特透射超表面单元，能够以1比特的相位动态调整。当线极化电磁波入射时，利用现场可编程门阵列(fpga)进行直流供电，通过独立控制每个单元内的pin二极管，该单元能够在较宽的频率范围内实现两种相差180°的1比特透射电磁波响应。与现有技术相比，本发明具有以下优势：
21、1、本发明提出的高效宽带透射超表面单元可以在较宽频段内(13.5～17ghz)，通过调控加载的开关二极管的工作状态，以高透射效率实现两种相位差为180°的电磁响应。
22、2、本发明使用的接收贴片和辐射贴片结构简单，理论设计机理成熟，控制相位状态切换的两个pin二极管始终处于一个导通另一个截止的状态，具备易于设计、透射性能高对称性的优点。
23、3、本发明使用两层介质板完成了宽频带的透射超表面单元设计，具有超薄、制备成本低的优点。
24、4、本发明通过在接收贴片和辐射贴片下方加载金属短线作为无源寄生旁路，引入了新的谐振点并加强了单元在谐振点处的谐振深度，有效提升了透射效率并增加了单元的工作带宽。
25、5、本发明通过在馈线层引入扇形枝节以实现射频信号与直流信号的良好隔离，因此通过调节金属窄带线的位置使得不同行列单元的馈电线路错开，实现对每个超表面的独立控制，从而实现更灵活的电磁调控。
26、6、本发明可通过等比例缩放等手段将超表面工作频段从微波波段搬移至其他频段，其工作频段具有较高的灵活性。
1.一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于：所述超表面单元采用接收-辐射型结构，由上至下包括接收贴片层(1)、第一介质层(2)、馈电层(3)、半固化片层(4)、地层(5)、第二介质层(6)和辐射贴片层(7)，所述接收贴片层(1)与所述馈电层(3)通过贯穿第一介质层(2)的第一盲孔(8)和第二盲孔(8')连接，所述接收贴片层(1)与所述辐射贴片层(7)通过贯穿第一介质层(2)和第二介质层(6)的金属通孔(9)连接，所述地层(5)与所述辐射贴片层(7)通过第三盲孔(10)连接；
2.如权利要求1所述的一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于，所述接收贴片层(1)还包括位于第一贴片组下方的第一金属短线(106)，所述第一金属短线(106)作为无源寄生旁路引入了新的谐振点并加强了超表面单元在谐振点处的谐振深度，进而提升了透射效率并拓展了超表面的工作带宽。
3.如权利要求1所述的一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于，所述中心贴片(103)、第一左贴片(104)和第一右贴片(105)中心在同一水平线上且均为矩形结构，所述中心贴片长度较短于第一左贴片和第一右贴片长度，所述第一左贴片(104)和第一右贴片(105)相对中心贴片(103)呈对称分布，所述第一pin二极管(101)加载于中心贴片(103)与第一左贴片(104)的中心位置，所述第二pin二极管(102)加载于中心贴片(103)与第一右贴片(105)的中心位置，保证单元结构在不同相位状态时透射性能的高对称性。
4.如权利要求3所述的一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于，所述中心贴片(103)及第一左贴片(104)、第一右贴片(105)宽度相同。
5.如权利要求1所述的一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于，所述第一盲孔(8)和第二盲孔(8’)分别加载于第一金属窄带线(301)和第二金属窄带线(302)的中心位置。
6.如权利要求1所述的一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于，所述辐射贴片层(7)包括位于第二贴片组下方的第二金属短线(703)，所述第二金属短线(703)作为无源寄生旁路引入了新的谐振点并加强了超表面单元在谐振点处的谐振深度，进而提升了透射效率并拓展了超表面的工作带宽。
7.如权利要求1所述的一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于，所述辐射贴片层(7)的第二左贴片(701)和第二右贴片(702)中心在同一水平线上且为矩形结构，所述第二左贴片(701)长度短于第二右贴片(702)长度。
8.如权利要求1所述的一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于，所述辐射贴片层(7)的第二左贴片(701)和第二右贴片(702)宽度相同。
9.如权利要求1所述的一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于，所述半固化层(4)由树脂和玻纤布组成。
10.如权利要求1所述的一种ku波段高效宽带1比特透射超表面单元，其特征在于，所述第一介质层(2)和第二介质层(6)为损耗极低的高频pcb电路板。
