(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111514121.4 (22)申请日 2021.12.10 (71)申请人 中国人民解 放军空军工程大 学 地址 710051 陕西省西安市长乐 东路甲字1 号空军工程大 学 (72)发明人 李思佳　黄国帅　李卓越　刘小宾　 刘涛　丛丽丽　 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) H01Q 15/00(2006.01) (54)发明名称 基于遗传算法的多频带漫散射可激励编码 超构表面系统 (57)摘要 多频带漫散射可激励编码超构表面系统单 元， 为多层薄板结构， 中间层为介质基板， 介质基 板上、 下表面分别覆金属薄层和金属地薄层， 介 质基板中设置金属过孔和金属探针， 并在金属地 薄层下表面设置SMA接口。 单元上表面金属薄层 包括2个具有弧形凹陷的三角形金属贴片、 3个分 形金属贴片。 将单元整体进行方位面旋转9 0°后， 利用其构成的多频带漫散射可激励编码超构表 面系统， 利用遗传算法完成超构表面的布阵。 根 据实测结果， 10dB的单站RCS减缩覆盖3.79 ‑ 3.89、 5.29 ‑5.86、 7.13 ‑7.19GHz， 最大减缩量超 过了26dB； 辐 射带宽覆盖3.82 ‑3.95GHz和7.58 ‑ 8.03GHz。 在不同的激励条件下， 多频带漫散射可 激励编码超构表面系统可以实现高效辐射。 该多 频带漫散射可激励编码超构表面系统拓展了超 构表面的工作模式和带宽， 扩展了超构表面的可 应用领域。 权利要求书2页 说明书6页 附图7页 CN 114282432 A 2022.04.05 CN 114282432 A 1.多频带漫散射可激励编码超构表面系统单元， 以下简称 “单元”； 其为大致的多层薄 板结构， 其中间层为介质基板， 介质基板上表面覆金属薄层， 介质基板下表面覆金属地薄 层， 介质基板中设置金属过孔和金属探针， 并在金属地薄层下表面设置SMA接口； 其特征在 于 介质基板上下表面均为正方形， 边长为L， L也是单元的周期长度； 介质基板上下表面中 心斜上处， 在右上 ‑左下对角线 上， 沿垂直于介质基板上下表 面方向打通孔， 便于与S MA接口 相连的金属探针穿过； 单元上表面金属薄层包括2个具有弧形凹陷的三角形金属贴片、 3个分形金属贴片； 其 中， 2个具有弧形 凹陷的三角形金属贴片形状完全相同， 分别位于介质基板上表面的左上角 和右下角； 介质基板上表面左上角的具有弧形凹陷的三角形金属贴片具体为： 该金属贴片 由等腰直角三角形在其斜边加工弧形 凹陷构成； 等腰直角三角形的两条直角边与介质基板 的相应直角边分别平行， 且保持一定间距， 等腰直角三角形 的直角顶点在介质基板上表面 的左上、 右下角顶点的连线上， 因此， 等腰直角三角形的斜边与介质基板上表面的右上、 左 下角顶点的连线平行； 三角形金属贴片斜边上弧形 凹陷的圆心与介质基板上表面中心点重 合； 等腰直角三角形的直角边长度为l， 弧形 凹陷的半径 为R； 介质基板上表 面右下角的具有 弧形凹陷的三角形金属贴片与介质基板上表面左上角的具有弧形凹陷的三角形金属贴片 关于介质基板上表面右上、 左下角顶点的连线对称布置； 介质基板上表面的分形金属贴片位于介质基板上表面大致中心 的位置， 被2个具有弧 形凹陷的三角形金属贴片包围； 分形金属贴片由3个正方形沿介质基板上表面对角线移动 后组合而成， 各正方形以介质基板上表面中心为原点， 第1正方形沿对角线向右上方移动 x1， 第2正方形原地不动， 第3正方形沿对角线向左下方移动x2， 第1、 2、 3正方形的边长依次 为a1、 a2、 a3， 三个正方形的四条边均与介质基板四条边平行； 第1、 2、 3正方形的合 成图形即 是金属贴片的形状； 金属探针穿过介质基板的通孔之后， 金属探针上端接分形金属贴片； 金属探针贯穿介 质基板， 金属探针中轴在介质基板上表面右上 ‑左下对角线上； 金属探针中轴与第2正方形 对应的分形 金属贴片的边沿保持一定距离； 单元下表面为正方形金属地薄层， 边长为L， 也就是说， 金属地薄层完全覆盖介质基板 下表面； 下表面金属地薄层在 对应介质基板通孔处蚀刻圆孔， 该圆孔需要保证S MA结构的金 属探针不与金属地薄层发生短路， 该圆孔用于穿过SMA接口的金属 探针， SMA结构的外金属 壳固定在金属地薄层上并与其电连接； S MA接口的馈电内芯即上述金属探针， 贯穿介质基板 上下表面， 金属探针上端穿过分形 金属贴片， 并通过焊接方式与金属贴片相连接 。 2.如权利要求1所述的多频带漫散射可激励编码超构表面系统单元， 其特征在于， 介质 基板上下表面正方形的边长L在10 ‑30mm范围内， 厚度h在1.0 ‑9.5mm范围内。 3.如权利要求2所述的多频带漫散射可激励编码超构表面系统单元， 其特征在于， 介质 基板上下表面正方形的边长L 为15.0mm， 厚度h为 4.0mm， 介电常数在2.2 ‑15.3范围内。 4.如权利要求1所述的多频带漫散射可激励编码超构表面系统单元， 其特征在于， 等腰 直角三角形的直角边长度l在8 ‑10mm范围内。 5.如权利要求4所述的多频带漫散射可激励编码超构表面系统单元， 其特征在于， 等腰 直角三角形的直角边长度l为9.23mm； x1＝2.828mm， 第3正方形沿对角线向左下方移动x2＝权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114282432 A 25.659mm， 第1、 2、 3正方 形的边长依次为a1＝6.4m m、 a2＝8.8m m及a3＝2.8m m。 6.如权利要求1所述的多频带漫散射可激励编码超构表面系统单元， 其特征在于， 金属 探针中轴与第2正方 形对应的分形 金属贴片的边沿距离在0.6 ‑3mm范围内。 7.一种多频带漫散射可激励编码超构表面系统， 其基于如权利要求1至6所述的多频带 漫散射可激励编码超构表面系统单 元， 其特征在于， 将所述单元整体进行方位面旋转90 °后， 分别在XOY平面内形成两种不同的单元形式， 两种单元分别位于XOY平面内XY轴的两个象限内， 对两个单元进 行1比特编码， 第一、 第二象 限对应码字分别为 “0”和“1”； 将码字“0”和“1”各自组合为m ×m的子阵列； 多频带漫散射可激励编码超构表面系统由 多个子阵列组成， 具体阵列大小M ×N， 其中M、 N均为m的整 数倍； 利用遗传算法完成超构表 面 的布阵， 以空间各方向散射波束最大电场值最小化为目标函数， 在搭建 的MATLAB ‑CST平台 上， 优化得 出多频带漫散射可激励编码超构表面系统的布阵结果。 8.如权利要求7所述的多频带漫散射可激励编码超构表面系统， 其特征在于， m范围是 2‑100。 9.如权利要求8所述的多频带漫散射可激励编码超构表面系统， 其特征在于， m范围是 3‑10。 10.如权利要求9所述的多频带漫散射可激励编码超构表面系统， 其特征在于， 经算法 优化后的多频带漫散射可激励编码超构表面系统的布阵形式， 按照 从左往右、 自上而下 的 顺序， 阵列的具体码字序列为 “10101110/01010101/01011010/10010001/01001101/ 11110000”， 此时， M、 N分别为18和24 ”。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114282432 A 3