研究目的
提出一种加载PIN二极管的可编程超表面单元及动态孔径，用于实时控制电磁波，在动态波束成形、电磁成像和安检领域具有应用前景。
研究成果
所提出的PIN二极管加载可编程超表面单元，与传统cELC谐振器相比，能以更低的欧姆损耗实现辐射与非辐射状态间的实时切换。该动态孔径可产生多种辐射方向图，适用于波束成形、成像及安防领域，为配备放大器和移相器的系统提供了更简化的替代方案。
研究不足
该研究基于模拟，未包含实验验证。动态孔径为一维结构，仅含七个元件，这可能限制其复杂性和可扩展性。变容二极管等替代元件的非线性特性可能会引入复杂问题。
1：实验设计与方法选择：
该设计将互补式电感电容（cELC）谐振器集成到微带传输线中，并采用PIN二极管实现数字状态的实时控制。使用CST微波工作室进行全波仿真以优化结构并分析性能。
2：样品选择与数据来源：
超表面单元采用特定介质基板（罗杰斯4003和FR4）及PIN二极管（M/A-COM MA4SPS502）设计。数据源自散射参数和电流分布的仿真结果。
3：实验设备与材料清单：
材料包括罗杰斯4003基板（εr=3.55，tanδ=0.0027，厚度1.52毫米）、FR4基板（εr=4.3，tanδ=0.0019，厚度0.127毫米）、PIN二极管（M/A-COM MA4SPS502）及微带传输线。设备包含用于仿真的CST微波工作室。
4：55，tanδ=0027，厚度52毫米）、FR4基板（εr=3，tanδ=0019，厚度127毫米）、PIN二极管（M/A-COM MA4SPS502）及微带传输线。设备包含用于仿真的CST微波工作室。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：在CST微波工作室中设计并仿真单元结构。通过直流偏置电压控制PIN二极管（导通状态：正向偏置20毫安；关断状态：反向偏置5伏），实现辐射与非辐射状态切换。分析散射参数（S11和S21）及电流分布。
5：数据分析方法：
通过仿真结果确定谐振频率、传输损耗及辐射方向图。方法包括比较S参数及可视化表面电流分布，以评估欧姆损耗与性能表现。
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Dielectric Substrate
Rogers 4003
Rogers Corporation
Used as the RF substrate in the metasurface element design.
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PIN Diode
SMP1320079LF
Skyworks
Used to control the digital states of the metasurface element by switching between ON and OFF bias states.
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PIN Diode
MA4SPS502
M/A-COM
Loaded onto the metasurface element to control its states electrically.
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Dielectric Substrate
FR4
Generic
Used as the spacer dielectric layer in the metasurface element.
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Software
CST Microwave Studio
CST
Full-wave electromagnetic solver used for simulating and optimizing the metasurface designs.
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