[发明专利]超表面透镜

说明书

本发明提出了一种超表面透镜，包括若干个按照形栅格分布周期性排列而成的透镜单元，所述透镜单元的相位范围覆盖0°～360°，所述透镜单元的排布满足其透射波相位将电磁波聚焦到一个点。本发明通过两种结构的的相位操纵范围的连接可以在满足传输系数大于‑3dB的条件下实现360°的相移范围，使透镜聚焦效果极佳。

技术领域

本发明属于平面透镜技术领域，尤其涉及一种超表面透镜。

背景技术

超表面透镜是一种由一系列亚波长的人工微结构组成的超薄二维阵列平面，具有制作相对简单、损耗相对较低、体积小和厚度超薄等特性，可以实现对电磁波的振幅、相位、传播模式、偏振态等方面的有效调控。

超表面透镜是由拓扑结构相似的透射型频率选择表面单元构成的，通过对阵列上每个单元进行相位补偿，以在阵列的另一侧产生所需要的辐射波束。传统的超表面透镜通常采用介质板层数至少在两层以上的多层频率选择结构作为阵列单元，或者采用单层频率选择结构作为阵列单元，尽管单层(双层金属)结构易于制造，但是在满足高效率的方式下覆盖360°相移范围是困难的。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种超表面透镜，解决现有超表面透镜难以在高效率的方式下覆盖360°相移范围的问题。

实现本发明的技术解决方案为：一种超表面透镜，包括若干个按照形栅格分布周期性排列而成的透镜单元，所述透镜单元的相位范围覆盖0°～360°，所述透镜单元的排布满足其透射波相位将电磁波聚焦到一个点。

优选地，所述透镜单元的透射波相位满足：

其中，为透射波相位，x′_m和y′_n是透镜的单元坐标，F是平行波沿着z轴方向的聚焦长度，而f为设计频率，c为光速。

优选地，所述透镜单元包括单元结构E_I和单元结构E_II，所述单元结构E_I包括两个金属十字形、两个金属十字环CCR、一个空心金属过孔以及介质板，所述金属十字形和金属十字环CCR均分别镀在介质板上下两个表面，且金属十字环套在金属十字形外围，空心金属过孔设置在金属十字形中间透过介质板将上下两层金属十字形相连，所述单元结构E_II包括两个金属十字形、四个空心金属过孔以及介质板，金属十字形分别镀在介质板上下两个表面，四个空心金属过孔设置在十字形每条框的中间且透过介质板将上下两层金属十字形相连。

优选地，所述金属十字形、金属十字环CCR的材料均为PEC，厚度为0.035mm。

优选地，所述介质板的材料为F4BM，厚度为3mm,边长为16mm。

优选地，所述单元结构E_I和单元结构E_II均为中心对称图形。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明通过两种结构的的相位操纵范围的连接可以在满足传输系数大于-3dB的条件下实现360°的相移范围，使透镜聚焦效果极佳；2)本发明剖面低，厚度薄，质量轻，有效提高了透镜对入射光的聚焦效率

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1是本发明的超表面透镜结构示意图。

图2是本发明单元结构E_I的示意图，其中，图2(a)为主视图，图2(b)为左视图。

图3是本发明单元结构E_II的示意图，其中，图3(a)为主视图，图3(b)为左视图。

图4是本发明单元结构E_I在11GHz时透射系数曲线，其中，图4(a)为随金属十字架边长l₂变化的幅度图；图4(b)为随金属十字架边长l₂变化的相位图。