[发明专利]曲折线超材料单元及利用该单元设计的聚焦超表面

说明书

本发明公开了一种曲折线超材料单元及利用该单元设计的聚焦超表面，曲折线超材料单元布置在介质板上，参考波采用同轴馈电，形成平面波导，从而在介质板中形成柱面波，将入射波辐射在超表面上的磁场通过Hankel函数建立模型；基于全息的思想，需要得到参考波与虚拟聚焦点反向传播至超表面全息板所干涉形成的场分布，因此，对于虚拟聚焦点反向传播至超表面的场分布；为了在超表面上产生全息图，使得后向传播场将从参考波导模产生，可通过由下式定义的具有曲折线超材料单元的超表面表面上的复振幅分布来实现。本发明可以实现实时可调控，能够根据聚焦点位置物体的移动，实时改变其调控方式，使得聚焦点能够实时跟踪物体的移动。

技术领域

本发明属于通讯技术领域，具体涉及一种曲折线超材料单元及利用该单元设计的聚焦超表面。

背景技术

当前的电磁超表面基本上都是改变谐振单元的尺寸来实现可调控状态的，但是一种电磁超表面单元制作完成之后，只能针对某一特定频段完成特定的功能；无法针对实际应用场景的变化，实时改变其相应功能，及其不方便，不灵活。

新型人工电磁超材料设计伊始阶段，通常是基于模拟大多数自然界材料的排列规则,也就是简单的周期排列序。随之研究的广泛深入，研究者们把目光转向了宏观序这类重要自由度，排列设计出具有缓变序的梯度特异介质，也就出现了刚刚提到的光学隐身、光学幻像等新生技术。近几年来,超材料从理论概念层面走到了市场应用中，让我们切实的体会到超材料的强大功能。然而，智能化需求日益增大的今天，市场对超材料提出了更高的要求，就是其在保证优异的电磁调控性能的同时还要做到操作的灵活性与便于移动性。因此，超材料的平面化—超表面问世。超表面是具有复杂宏观序的新型电磁特异性介质表面,它是由很多的小散射体或孔径组成的平面化组织，在目前很多的研究中，超表面均可达到和超材料一样的功能。然而，超表面所占据的物理空间远远小于超材料空间占比，并且由于它二维的构造能够实现低能耗，由此可见，超表面完美的实现了人们对于超材料灵活性与易操控性的期望。

电磁超表面是一种通过控制波前相位、振幅以及偏振等方式调控电磁波的新兴结构，它基于广义斯涅尔定律，通过控制波前相位、振幅以及偏振进行电磁波调控的新兴结构，是具有占用空间小，损耗低，制备容易等特点的超材料结构，可以广泛应用于天线工程、智能设备制造、医疗等电磁波调控行业，发展前景广阔。

电磁超表面理论上可以实现所有的电磁波相位调控，重要的是作为操控者要知道该超表面实现的电磁波调控功能对应何种相位分布。要实现期望点的电磁波聚焦或者调控，研究者要在前段做大量的数学计算，并设计馈反电路加以实现，这往往使得超表面的电磁波调控复杂起来。那么超表面只存在这一种控制方法吗？这个问题在全息成像思想中得到了解答，根据全息成像波前记录与波前重现的思想实现了超表面可调控化。

电磁超表面发展至今，虽然可以实现对各种情况的幅度和相位调控，但是现有方法设计的超表面一种只能对应一种调控方式，如果要改变调控方式，需要重新设计电磁超表面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的电磁超表面无法实现实时可调控，为解决上述问题，本发明提供一种曲折线超材料单元及利用该单元设计的聚焦超表面。

本发明的目的是以下述方式实现的：

曲折线超材料单元，包括第一竖直线段、第二竖直线段、第三竖直线段、第一水平线段和第二水平线段，按照第一竖直线段、第一水平线段、第二竖直线段、第二水平线段和第三竖直线段的顺序依次连接，第一竖直线段上加载有第一二极管，第二水平线段上加载有第二二极管，第二竖直线段和第三竖直线段由第三二极管连通，第一二极管和第二二极管导通时，第三二极管截止；第三二极管导通时，第一二极管和第二二极管截止；第一竖直线段、第二竖直线段和第三竖直线段构成的等效电阻相同，第一水平线段和第二水平线段构成的等效电阻相同；第一竖直线段、第二竖直线段、第三竖直线段、第一水平线段和第二水平线段均由导电材料制成。