[发明专利]一种用于电磁波相位调控的任意三维曲面石墨烯超表面

说明书

本发明提出了一种用于电磁波相位调控的任意三维曲面石墨烯超表面，旨在保证电磁调控效果的同时，实现形状可弯曲为任意三维曲面和相位控制可电调的特性，包括柔性基板、印制在柔性基板一个侧面上的周期性排布的石墨烯贴片和另一侧面上的接地板，形成形状任意的三维曲面结构，通过控制石墨烯贴片的费米能级，实现对入射电磁波的相位调整。本发明可弯曲贴附于任意三维曲面安装表面，使得超表面的应用更加灵活，石墨烯超表面的电调特性，使得电磁波的相位调控更加方便，可用于波束扫描反射面天线和任意角度定向回波散射表面等领域。

技术领域

本发明属于电磁波相位调控技术领域，涉及一种石墨烯超表面，具体涉及一种电磁波相位调控的任意三维曲面石墨烯超表面，可用于波束扫描反射面天线和任意角度定向回波散射表面等领域。

技术背景

石墨烯作为一种二维平面碳结构，具有良好的导电率以及柔韧性，其电磁参数可通过费米能级进行控制。电磁超表面是一种二维形式的超材料，具有独特的电磁特性，按超表面对电磁波的主要作用效果，可划分为幅度调控和相位调控，幅度调控主要利用超表面与电磁波相互作用表现出的明显通带或阻带实现空间滤波特性，相位调控则利用相位突变思想，对电磁波激发和传输的实现灵活的控制，现有超表面多是基于不同贴片的金属微带结构，将石墨烯应用于超表面，能实现超表面可电调的特性，例如，申请公布号为CN10481575A，名称为“一种基于石墨烯的太赫兹器件”的专利申请，公开了一种石墨烯的调谐器件，由衬底、绝缘介质层和开口谐振环结构石墨烯层组成，绝缘介质层平行设置在衬底的上表面，开口谐振环结构石墨烯层平行设置在绝缘介质层的上表面的中间位置，通过控制石墨烯的费米能级，改变可调谐器件的电磁波透过率。但现有石墨烯超表面的应用仅局限于对电磁波实现幅度调控，结构上要求为平面结构，对于实现电磁波相位控制可电调的曲面结构超表面并未涉及。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了一种用于电磁波相位调控的任意三维曲面石墨烯超表面，旨在保证电磁调控效果的同时，实现形状可弯曲为任意三维曲面和相位控制可电调的特性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于电磁波相位调控的任意三维曲面石墨烯超表面，包括由柔性基板1、印制在柔性基板1一个侧面上的周期性排布的石墨烯贴片2和另一侧面上的接地板3形成的任意形状的三维曲面结构，所述石墨烯贴片2，采用正方形结构，其实现的相移Φ由该石墨烯贴片2中心所处的位置确定，且在所有方向上独立变化，通过控制费米能级，实现对入射电磁波的相位调整，其中相移Φ的确定方式为：

Φ＝k_r·r-k_i·r

其中，r为石墨烯贴片2中心点的位置矢量，k_i为石墨烯贴片2中心点位置处的入射波波矢，k_r为石墨烯贴片2中心点位置处的反射波波矢。

上述一种用于电磁波相位调控的任意三维曲面石墨烯超表面，所述任意的三维曲面结构，其形状由曲面函数s(t)表征：s(t)＝(x,y,z(x,y))，其中x、y坐标为自变量参数，z(x,y)为z坐标的参数函数。

上述一种用于电磁波相位调控的任意三维曲面石墨烯超表面，所述接地板3采用良导体。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明采用柔性材质作为基板，对每一个石墨烯贴片所需实现的相移进行了校准设计，在保证超表面电磁调控效果的同时，实现了与任意三维曲面的安装表面弯曲共形，使得超表面的应用更加灵活。

2、本发明在单一尺寸结构的石墨烯贴片情况下，通过控制石墨烯贴片的费米能级，实现了对入射电磁波相位调控可电调的特性，使得超表面的对相位的调控更加灵活。