基于可调梯度超表面的反射电磁波调制器及其设计方法

摘要

本发明属于反射体系技术领域，具体为一种基于宽带可调梯度超表面的反射电磁波调制器及其设计方法。本发明的反射电磁波调制器（宽带TGMS）由超单元在二维平面内周期延拓构成；超单元则由6个具有不同结构参数、相位的TGMS单元按尺寸大小顺序排列组成，具有宽带相位梯度；而TGMS单元主要由上层主谐振器和副谐振器、中间介质板和下层金属接地板三部分组成；本发明通过在梯度超表面单元中引入变容二极管和双谐振结构，实现了对相位色散的补偿和相位的连续调控；表面波转换到波束偏折功能的切换且波束偏折在很宽的频带范围内具有非常高的转换效率。

说明书

技术领域

本发明属于反射体系技术领域，具体涉及一种基于可调梯度超表面的反射电磁波调制器及其设计方法。

背景技术

异向介质（Metamaterials，MTMs）是指自然界本身并不存在，人们采用亚波长人工微结构单元并依据电磁理论设计出来的具有某种电响应或磁响应的“特异”人工复合结构或材料。虽然人们通过三维异向介质可以任意操控电磁波，但高损耗和制作的复杂性极大限制了它的应用。因此目前真正意义上的应用并不多。作为异向介质的一种二维平面形式，超表面应运而生，由于其独特的电磁特性和平面结构且能与飞机、导弹、火箭以及卫星等高速运行目标共形而不破坏其外形结构及空气动力学等特性，近年来受到研究人员的青睐和广泛关注。超表面按折射率/相位是否渐变可分为梯度超表面（GradientMetasurfaces，GMS）和均匀超表面（HomogenousMetasurfaces，HMS）。2011年，基于GMS发现的广义Snell折射/反射定律开辟了人们控制电磁波和光的全新途径和领域，正在推动该领域产生一场技术革新，GMS也因此成为异向介质新的分枝和研究热点。相对于技术较为成熟的HMS，GMS是基于相位突变和极化控制思想设计的一种二维梯度结构，可对电磁波的激发和传输进行灵活控制，实现奇异折射/反射、极化旋转以及非对称传输等奇异功能，具有更加强大的电磁波调控能力，目前相关应用研究还处于起步阶段。尽管如此，GMS在隐身表面、共形天线、数字编码、平板印刷等方面显示了巨大的潜在应用价值，成为各国抢夺的一个学科制高点和学科前沿。

以往超表面一旦工作频率改变，要想得到同样的电磁特性必须重新设计结构参数，效率低、可复用性差。随着超表面研究的深入和电磁操控技术的发展，人们通过外加调控器件即可实现对单元谐振频率和表面阻抗的实时调控，获得超表面的奇异动态电磁特性，为新功能器件和电磁波调制器件的实现和验证提供了新的方法和手段。但以往可调超表面的研究仅局限于HMS，至今还未见关于可调梯度超表面（TunableGMS，TGMS）的公开报道。同时对于可调HMS来说，由于变容二极管的引入，Q值非常高，HMS的相位动态可调范围很小，带宽非常窄。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的不足，提供一种基于可调梯度超表面的反射电磁波调制器及其设计方法。

本发明首先提供一种可调梯度超表面（TGMS）单元，该TGMS单元主要由上层主谐振器和副谐振器、中间介质板和下层金属接地板三部分组成；其中，所述主谐振器为I型金属结构，由水平金属条、垂直金属条以及焊接于垂直金属条开口之间的变容二极管组成，所述副谐振器由一对大小相同的金属贴片组成，用于在高频处产生对称的电响应。I型结构中，水平金属条（线宽很窄的）用于提供一个高电抗值，发挥直流偏置的功能，防止高频微波信号进入直流源而对直流偏压没有影响，从而可提高电路的稳定性。

本发明还提供的基于上述TGMS单元的的反射电磁波调制器，该反射电磁波调制器是一种宽带可调梯度超表面（即宽带TGMS），宽带可调梯度超表面由超单元在二维平面内周期延拓构成；超单元则由6个具有不同结构参数、相位的上述TGMS单元按尺寸大小顺序排列组成，具有均匀的宽带相位梯度。

本发明还提出上述宽带可调梯度超表面即反射电磁波调制器的参数设计方法，具体步骤如下：

第一步：确定TGMS单元的周期p_i（即TGMS单元尺寸，分为p_x和p_y，p_x为x方向的尺寸，p_y为y方向的尺寸）、相邻TGMS单元相位差φ₀（例如，设φ₀=60^o，则TGMS单元个数为6，可依次记为1#~6#TGMS单元）、初始工作频率f₀（一般f₀<f_c）、初始电容C₀（一般选择变容二极管容值的下限），并通过改变结构参数（例如改变h₂，h₃，w₃以及C_t等），得到一组1#~6#TGMS单元相位呈线性梯度变化的结构参数；这里，f_c为临界频率，h₂为I形结构的垂直金属线长度，h₃、w₃为贴片的高度和宽带，C_t为变容二极管的总电容；

第二步：对上述得到的1#~6#TGMS单元的反射相位进行仿真，扫描不同电容值C对应的相位分布，得到各TGMS单元在不同频率下的电容-相位（C–φ）分布；

第三步：根据C–φ在不同频率处各TGMS单元所需电容C_i，设置扫描频率步长（例如为0.005GHz）并以某个TGMS单元（例如，选择1#TGMS单元）在特定频率和C₀情形下的反射相位为基准点，通过三次样条插值计算不同频率处严格满足均匀相位梯度时其它各TGMS单元（例如2#-6#TGMS单元）所需相位，而后通过上述得到的C–φ分布并通过三次样条插值得到其它各TGMS单元所需电容C_i。若该频率处每个TGMS单元得到的C_i均在变容二极管可达到的电容范围内（例如，0.3pF<C_i<1.2pF），则运算下一频率，否则改变初始电容C₀；重复循环上述步骤，直至得到满足电容范围的一组参数C。若得到的电容组合不止一组，这里选择电容跨越范围最小的一组；若C₀遍历电容范围内所有值均不能得到满足要求的一组参数，则结束扫描，频率达到可调范围的边界；

第四步，根据获得的电容值，通过变容二极管的电容-电压（C-V）分布反推获得电压值，这里需要对C-V曲线进行插值计算得到每个频点处所需的电压值；

第五步，对上述6个TGMS单元按尺寸大小顺序排列形成超单元；对超单元在二维平面内进行周期延拓，并通过偏置线（水平金属条）施加第四步得到的所需电压，则得到所需的宽带TGMS，即反射电磁波调制器。

以上步骤均通过matlab编程实现。

本发明将可调技术与GMS相结合，通过在GMS单元中引入变容二极管和双谐振结构，得到了具有相位补偿和相位连续可调的TGMS单元；本发明提出的TGMS单元，还在主谐振结构附近巧妙引入一对等大金属贴片，其目的是为了引入新的谐振，通过调整贴片尺寸并使其与主谐振相互配合即可实现两个谐振频率的顺利过渡和级联，从而有效降低了Q值，拓展了TGMS的相位和频率调控范围，具有很高的设计自由度；同时TGMS提供了宽频动态线性梯度和连续电磁波调控特性，拓展了GMS的应用领域，提高了GMS的工作效率，降低了制作成本，在电磁波动态调制、新功能天线、宽频隐身和大容量通信领域具有广阔应用前景。

最后本发明TGMS的反射调控功能可直接拓展到TGMS透射调控中。

附图说明

图1是本发明宽带TGMS设计方法的流程图。

图2是本发明基于变容二级管的TGMS单元拓扑结构；其中，w₁、h₂为I形结构的垂直金属线宽带和长度，h₃、w₃为贴片的高度和宽度，C_t为变容二极管的总电容，p_x、p_y为单元在x和y方向的周期，w₂为水平偏置线的宽度，d₁、d₂为I型结构与贴片之间在y和x方向的间距，h₁为焊接变容二极管而留存的间距，h为介质板的厚度。

图3是本发明TGMS单元的等效电路；

图3中提取的电路参数为：L₁=18.76nH，C₁=0.111pF，L₂=0.059nH，C₂=0.196pF，R₁=8.37Ω，R₂=0.114Ω，Z_c=204.9Ω和h_o=58.9^o。

图4是本发明TGMS单元中变容二极管的等效电路模型，其中左边为spice电路模型，右边为检测电路模型。

图5是变容二极管SMV1430-079LF的C-V曲线。

图6是不同情形下本发明TGMS单元的反射幅度曲线。

图7是不同情形下本发明TGMS单元的反射相位曲线；

图6和图7中：单元结构参数为p_x=p_y=12mm，w₁=0.8mm，w₂=0.5mm，w₃=5.1mm，d₁=0.25mm，d₂=0.5mm，h₁=1.5mm，h₂=4.5mm和h₃=10mm。

图8是贴片宽度对本发明TGMS单元反射特性的影响曲线；

图8中：单元结构参数为p_x=p_y=12mm，C_j=0.31pF，w₁=0.8mm，w₂=0.5mm，w₃=5.1mm，d₁=0.25mm，d₂=1mm，h₁=1.5mm，h₂=4.5mm和h₃=10mm。

图9是本发明TGMS的拓扑结构。

图10是本发明1#~6#单元在4.1GHz处的宽带反射幅度曲线。

图11是本发明1#~6#单元在4.1GHz处的宽带反射相位曲线。

图12是对比方案下不同频率处TGMS中1#~6#单元的电容值。

图13是不同频率处TGMS中1#~6#单元的电容值；

图12和图13中：单元结构参数为p_x=p_y=12mm，w₁=0.8mm，w₂=0.5mm，w₃=5.1mm，d₁=0.25mm，d₂=0.5mm，h₁=1.5mm和h₃=2h₂+h₁-2d₁。

图14是不同频率处TGMS中1#~6#单元的电压值。

图15是6组电容、电压情形下1#~6#单元的反射幅度曲线。

图16是6组电容、电压情形下1#~6#单元的反射相位曲线。

图17是不同电压组合下TGMS的宽带散射场幅度。

图18是不同电压组合下TGMS的单频散射场幅度。

图19是表面波-传输波转换装置与第一组（1#）电压下表面波导波结构上的仿真场。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细描述。

一种宽带可调梯度超表面设计方法，主要包括四步，方法流程如图1所示，其主要由如下步骤组成：

第一步：确定单元周期p_i、相邻单元相位差φ₀（本发明设φ₀=60^o，单元个数为6）、初始工作频率f₀（一般f₀<f_c）、初始电容C₀（一般选择变容二极管容值的下限），并通过改变结构参数（本发明中改变h₂）得到一组相位呈完美线性梯度的结构参数；

第二步：对上述得到的1#~6#单元的反射相位进行仿真，扫描不同电容值C对应的相位分布，得到各单元在不同频率下的电容-相位（C–φ）分布；

第三步：根据C–φ得到不同频率处各单元所需电容C_i，设置扫描频率步长（本发明0.005GHz）并以某个单元（例如，选择1#单元）在特定频率和C₀情形下的反射相位为基准点，通过三次样条插值计算不同频率处严格满足均匀相位梯度时其它各单元（2#-6#单元）所需相位，而后通过上述得到的C–φ分布并通过三次样条插值得到其它各单元所需电容C_i。若该频率处每个单元得到的C_i均在变容二极管可达到的电容范围内（本发明0.3pF<C_i<1.2pF），则运算下一频率，否则改变初始电容C₀，重复循环上述步骤直至得到满足电容范围的一组参数C。若得到的电容组合不止一组，这里选择电容跨越范围最小的一组，若C₀遍历电容范围内所有值均不能得到满足要求的一组参数，则结束扫描，频率达到可调范围的边界。

第四步，根据获得的电容值并通过电容管的电容-电压（C-V）分布反推获得电压值，这里需要对C-V曲线进行插值计算得到每个频点处所需的电压值。

第五步，对上述6个TGMS单元按尺寸大小顺序排列形成超单元；对超单元在二维平面内进行周期延拓，并通过偏置线施加第四步得到的所需电压，则得到所需的宽带TGMS，即反射电磁波调制器。

以上步骤均通过matlab编程实现。

如图2所示，基于宽带TGMS设计方法设计的TGMS单元主要由上层主谐振器和副谐振器、中间介质板和下层金属接地板三部分组成，其中主谐振器为I型金属结构，由水平金属条、垂直金属条以及焊接于垂直金属条开口之间的变容二极管组成，副谐振器由一对大小相同的金属贴片组成，用于在高频处产生对称的电响应。这里I型结构中线宽很窄的水平金属条用于提供一个高电抗值，发挥直流偏置的功能，防止高频微波信号进入直流源而对直流偏压没有影响，从而可提高电路的稳定性。

工作时，平面电磁波沿-z方向垂直入射到TGMS单元上，电场、磁场分别沿y轴、x轴方向激励。电场将驱动主谐振器和副谐振器产生特定频率下的电响应，而磁场将驱动结构产生传导电流以及流经上层金属结构和金属背板之间的位移电流。如图3所示，主谐振器的电响应由串联支路L₁、C₁和R₁来等效，副谐振器的电响应由串联支路L₂、C₂和R₂来等效，而电磁波在介质板中传输由阻抗为Z_c，长度为h的传输线等效，金属地板由接地等效。这里电感L₁由I型结构的垂直金属线电感和变容二极管的引线电感组成，电容C₁即包含相邻单元水平金属线条形成的缝隙电容又包括变容二极管的结电容，电场驱动微带贴片产生的响应由电感L₂和电容C₂来等效，而R₁和R₂用来表征损耗。根据传输线理论，TGMS单元将会产生两个电谐振，主、副谐振频率分别为和。由于金属背板的作用，本发明属于反射体系，电磁波入射到TGMS单元没有透射只有反射。由于串联支路谐振，TGMS单元在和处会产生两个反射谷且反射相位在谐振频率附近会发生突变。通过改变I型结构、贴片的物理尺寸以及调谐变容二极管的结电容可以操控f₁和f₂的大小，利用这个性质可以在工作频率f₀处设计具有线性相位梯度的TGMS单元。

本实施例中介质板采用聚四氟乙烯玻璃布板，介电常数ε_r=2.65，厚度h=6mm，电正切损耗tanσ=0.001。变容二极管采用SMV1430-079LF，其spice和检测等效电路模型如图4所示，其中R_s，L_s，C_s分别代表变容二极管的寄生电阻，封装引线电感和管壳电容，C_j代表管芯的结电容，由于C_s的影响较小一般可以忽略。此时二极管的等效电路模型可用串联的R_s、L_s和C_j来等效，其中L_s=0.7nH，R_s≈1Ω，而C_j典型值随电压的变化曲线如图5所示，当二极管两端加上很小的反向偏置电压时，二极管呈现很大的容值，在0V时呈现最大电容C_j=1.24pF，当反向电压逐渐增大时，C_j不断变小，直到门限电压30v时电容达到最小为C_j=0.31pF。

为说明本发明TGMS单元的独特电磁特性和优势，采用CSTMicrowaveStudio对六种不同情形下的单元电磁特性进行仿真，其中沿x、y和z方向的边界分别设置为磁边界、电边界和波端口。如图6和图7所示，没有贴片时，点划线曲线上显示只有一个谐振点且谐振处单元的幅度和相位变化非常剧烈且远离谐振时相位呈现一个渐近行为，相位调控的频率范围非常窄，Q值很高。当引入金属贴片后，在点线和箭头线幅度频谱上明显存在两个谐振点f₁、f₂且由于主、副谐振器之间的相互作用，f₁稍向低频移动。同时f₁、f₂处的幅度谐振强度和相位变化急剧程度明显减弱，Q值有效降低，反射幅度大且幅度一致性好，相位的频率调控范围明显展宽。同时还可以看出，当介质板厚度由1.5mm增加到6mm时TGMS单元的幅度谐振强度和相位变化急剧程度同样明显减弱，Q值得到降低，但这种方式增加的相位调控范围非常有限。最后，三种情形下均能看出当C_j由0.1pF增加到1.2pF时谐振频率均显著降低，改变C_j的大小可以有效操控谐振频率和相位，同时谐振强度和相位变化剧烈程度均随C_j的增大明显增强，Q值增加。

为进一步验证贴片的物理尺寸对TGMS单元反射特性以及f₂的影响和调控，图8给出了反射系数随贴片高度、宽度变化的曲线。可以看出当贴片高度和宽度增大时，f₂逐渐减小而f₁几乎保持不变，同时f₂附近的相位发生明显变化而f₁附近的相位同样几乎不变，再次证明副谐振由贴片引起且调谐贴片的尺寸可单独调控f₂。需要说明的是，增大的贴片尺寸会使f₂处的反射幅度稍微减小，一定程度上会恶化整个频谱上反射幅度的一致性。

TGMS实现表面波转换和波束偏折功能的原理为：根据广义反射、折射率定律，当电磁波以入射角??_i照射到TGMS时，反射角??_r满足，这里为单位长度TGMS产生的相位梯度，可以计算为，??为电磁波在自由空间中的波长，为折射率。当电磁波由自由空间垂直入射到TGMS时反射角可简化为。通过合理设计可使工作频率f₀处，也即和，根据超单元的尺寸可计算临界频率f_c。当时，TGMS能将传输电磁波被转变成表面波，散射电磁波很弱；而当且不断增大时，此时且在不断减小，通过合理设计可使TGMS能实现连续波束偏折。

表1超单元中各TGMS单元的尺寸（毫米）、反射幅度和相位

。

依据上述原理和本发明TGMS单元的独特电磁特性，通过合理设计可使上述表面波转换功能和连续波束偏折功能仅由一块TGMS来实现，具有高集成度和多功能等优良特性。本发明超单元由6个不同尺寸的TGMS单元组成，相邻单元之间的相位依次滞后60^o，相位完全覆盖360^o，具有近1的反射幅度和均匀线性相位梯度。这里超单元中6个TGMS单元1#~6#的初始相位梯度通过改变I形结构的垂直金属线长度h₂并固定贴片与I形结构之间的距离d₁以及其它结构参数来实现，根据h₃=2h₂+h₁-2d₁可知贴片的高度h₃和h₂一样同样在等幅变化。通过在相互正交的两个方向上周期延拓超单元，则可形成二维TGMS。利用TGMS实现的高反射幅度和线性相位梯度可用来操控反射电磁波的波束偏折方向和能量。这里超单元的构建有两种方式，一是1#~6#TGMS单元形成的相位梯度沿磁场方向，称为TE波模式，另一是相位梯度沿电场方向，称为TM波模式。由于TE模式下的表面波电场较弱不便于实际测量，因此本实施例中TGMS均以TM波模式排列设计。最终TGMS如图9所示，每排结构均由30个完全相同的单元组成，可由一个DC电压源和直流偏置电路进行单独馈电，因此本发明TGMS需要6个不同的电压进行独立控制。

根据本发明超单元的尺寸可计算临界频率为f_c=4.167GHz，为便于调谐和更加直观，本发明中各TGMS单元的初始线性相位梯度设计在4.1GHz处且C_j=1.2pF，接近于上限容值，此时二极管两端的反向偏置电压接近于下限0V。表1给出了各TGMS单元的尺寸以及在4.1GHz处的反射幅度和相位，图10和图11给出了它们的宽带反射特性，可以看出各TGMS单元在4.1GHz处的反射幅度均大于0.87，幅度一致性好且相位严格满足均匀线性梯度，而相位色散的非线性使得GMS在f₀偏离4.1GHz不再具有均匀线性相位梯度。同时还可以看出随着h₂和h₃的不断减小，f₁和f₂均向高频移动，但由于f₂的变化慢于f₁的变化，两个谐振频率相互靠近最终合并成一个较宽、较深的谐振谷。由于在4.1GHz处f₀<f_c，TGMS能实现传输波到表面波的转化。而当频率升高且f₀>f_c时，由于非均匀相位梯度部分能量将发生镜像反射，偏折反射效率降低且随TGMS相位色散和逐渐远离而加剧。本发明通过对6个单元二极管的电容进行独立调控实现了对6个相位的独立调控，解决了两大难题，一是实现了高效偏折反射，二是实现了频率连续可调和带宽最大化。

为说明本发明获得电容组合方案的优越性，这里还给出了另一种对比方案，即始终保持1#单元的C₀不变而仅改变其它5个单元的电容值。图12和图13给出了两种方案下最终得到的电容随频率的变化曲线，可以看出对比方案中严格满足线性相位梯度的频率范围只有4.1-5.82GHz，而本发明方案获得的频率调控范围为4.1-6.6GHz，与对比方案相比调控范围得到了有效展宽，这得益于电容全可控提供了更多的自由度，同时还可以看出两种方案下4.1-5.82GHz范围内电容曲线完全相同。最终各单元在不同频率处所需的电压值如图14所示，可以看出电压与电容曲线明显成反比关系。

为说明上述方法的有效性且不失一般性，这里我们在图13和图14中随机选取六个频点处（4.1、4.5、5、5.5、6、6.5GHz）的六组（1#~6#）电容、电压作为样本进行验证。采用CST对6种电容、电压情形下1#~6#单元分别进行电磁仿真。图15和图16给出了1#~6#单元的反射幅度和相位曲线。从幅度曲线中可以看出所有情形下6个单元的反射幅度均有一定的变化但均大于0.85，而且前3种情形下（5.5、6、6.5GHz）的幅度一致性明显优于后3种情形下的幅度一致性。从相位曲线可以看出，所有情形下1#~6#单元的相位曲线互相平行且单元之间的相位严格满足线性相位梯度，验证了超单元设计的有效性。

为验证本发明TGMS的多功能特性，采用CST对包含5个超单元的TGMS进行散射场仿真。这里相位梯度和电场均沿y轴方向且该方向的两个边界均设置为开放边界，平面电磁波沿-z方向垂直入射，x方向上只有一个单元且该方向的两个边界设置为磁边界，用于模拟无限大超表面。由于这里只关心TGMS的反射特性，即只关心yoz面内上半区域（-90^o<θ<90^o）的空间散射场幅度，而开放边界透射的能量不予考虑。图17和图18分别给出了不同频率处TGMS的散射场幅度分布，可以看出当变容二极管上的电压为第一组电压情形时（4.1GHz），TGMS在低于4.1GHz时散射场很弱，为表面波效果；而在后五组电压情形下，能量在完美线性梯度的工作频率f₀附近主要集中在+1阶散射方向，镜像（0阶）和-1阶散射场很弱，因此后5组电压情形下TGMS在f₀处的相对效率均大于85%，不同频率处反射总能量的不一致由TGMS不同的吸收引起。当频率远离f₀时，0阶和-1阶散射场强均有不同程度增加，而当TGMS上不施加偏置电压时，TGMS的0阶散射变得很大，-1阶散射很小，转换效率急剧下降。由于本发明TGMS在4.1~6.6GHz范围内均具有完美均匀相位梯度，因此高效波束偏折具有很宽的工作带宽。同时TGMS的功能表面波转换切换到了波束偏折且偏折角度由4.1GHz的近90度被逐步调谐到6.5GHz的39.9度，实现了多功能切换和高效波束偏折的宽频工作。

为进一步说明4.1GHz处TGMS的表面波特性，这里设计了一个将表面波转化为传播波的装置，定量描述了其性能并计算了表面波的波长。由于梯度超表面所耦合的表面波并非本征态，它是在入射电磁波驱动下的受激态，不能自由传输，必须设计一个本征表面波结构才能引导其自由传输。如图19所示，仿真装置由TGMS、表面波导波结构以及吸波材料组成。入射电磁波垂直照射系统左侧的梯度超表面首先被转变成受激表面波，该受激表面波会耦合系统右侧的高阻抗表面上的本征表面等离激元，从而将能量导引出去。为防止传输表面波在末端被反射从而影响表面波的传播，这里在导波结构的末端额外加载了一段渐变吸收的结构抑制其反射。同时为达到受激表面波到本征表面波的高效转化，这里导波结构设计的关键是其波矢必须与超单元的梯度相等，即，从而达到波矢匹配，这里为临界频率处的波矢。本征表面波结构采用贴片结构，其结构参数可通过在商业电磁仿真软件扫描色散曲线获得，使得其在4.1GHz处的波矢。从仿真结果可以看出本征表面波结构能将受激表面波高效转换为传输表面波，且传输波的波长λ≈70.6mm，从而可换算得，实现了波矢匹配。

本发明TGMS单元实现相位梯度的方式有多种，如可以调谐I型结构的高度、变容二极管上的电压以及贴片的尺寸，具有很高的设计自由度，同时TGMS提供了宽频动态完美线性梯度和连续电磁波调控特性，拓展了GMS的应用领域，提高了GMS的工作效率，降低了制作成本，在电磁波动态调制、新功能天线、宽频隐身和大容量通信领域具有广阔应用前景，同时本发明TGMS的反射调控功能可直接拓展到TGMS透射调控中。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。