[发明专利]一种具有可编程非互易特性的透射式基本单元及超材料

权利要求书

1.一种具有可编程非互易特性的透射式基本单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层(1)、上层介质板层(3)、全反射零透射层(4)、下层介质板层(5)和底层金属结构层(7)；所述表层金属结构层(1)包括贴附于上层介质板层(3)上表面的第一矩形贴片(11)、第一金属导线(12)和第二金属导线(13)，第二金属导线(13)与第一矩形贴片(11)的边框垂直相接，第一金属导线(12)的一端与第二金属导线(13)垂直相接，所述第二金属导线(13)上安装有表层调控晶体管(2)，表层调控晶体管(2)的底面与上层介质板层(3)的上表面相接；底层金属结构层(7)包括贴附于下层介质板层(5)下表面的第二矩形贴片(71)、第三金属导线(72)和第四金属导线(73)，第四金属导线(73)与第二矩形贴片(71)的边框垂直相接，第三金属导线(72)的一端与第四金属导线(73)垂直相接，所述第四金属导线(73)上安装有底层调控晶体管(6)，底层调控晶体管(6)的顶面与下层介质板层(5)的下表面相接。

2.根据权利要求1所述的基本单元，其特征在于：所述基本单元的周期长度x为34-36mm，基本单元的周期宽度y为27.9-28.1mm；所述第一矩形贴片(11)和第二矩形贴片(71)的长度z均为18.2-18.4mm；第一矩形贴片(11)和第二矩形贴片(71)的宽度w均为13.4-13.6mm；所述上层介质板层(3)和下层介质板层(5)的厚度h均为0.9-1.1mm，介电常数均为4.2-4.6，损耗角正切均为0.009-0.015，且上层介质板层(3)和下层介质板层(5)采用相同介质。

3.根据权利要求1所述的基本单元，其特征在于：所述基本单元的周期长度x为35mm，基本单元的周期宽度y为28mm；所述第一矩形贴片(11)和第二矩形贴片(71)的长度z均为18.3mm，第一矩形贴片(11)和第二矩形贴片(71)的宽度w均为13.5mm；所述上层介质板层(3)和下层介质板层(5)的厚度h均为1mm。

4.一种根据权利要求1-4任一所述的基本单元组成的超材料，其特征在于：所述超材料包括N×N个基本单元，N为非零正整数，N×N个基本单元采用方形矩阵排列。

5.根据权利要求5所述的超材料，其特征在于：所述超材料的基本单元共有4种基本单元状态；通过可编程门阵列FPGA控制基本单元中的表层调控晶体管(2)和底层调控晶体管(6)的导通和截止状态，得到对于每一个基本单元在正入射的线极化电磁波的照射下独立地产生4种数字态响应，4种数字态响应对应4种传输状态，4种数字态响应得到4个不同相位的数字态编码，4个不同相位数字态编码对应4种基本单元的表层调控晶体管(2)和底层调控晶体管(6)的导通和截止状态；通过基本单元不同的开关状态，实现不同方向的非互易传输或互易传输。

6.根据权利要求5所述的一种具有可编程非互易特性的透射式基本单元组成的超材料，其特征在于：4个数字态编码分别为“00”、“01”、“10”和“11”，其分别表示正入射电磁波下的反射相位数字态。

7.根据权利要求5所述的一种具有可编程非互易特性的透射式基本单元组成的超材料，其特征在于：所述4个数字态编码“00”、“01”、“10”和“11”对应4种数字态响应，所述4种数字态响应分别对应的四种传输状态为正向非互易传输、反向非互易传输、双向互易传输和双向传输截止。

8.根据权利要求5所述的一种具有可编程非互易特性的透射式基本单元组成的超材料，其特征在于：4种基本单元的工作状态中，“00”对应表层调控晶体管(2)/底层调控晶体管(6)的工作状态为导通/导通，“01”对应表层调控晶体管(2)/底层调控晶体管(6)的工作状态为导通/截止，“10”对应表层调控晶体管(2)/底层调控晶体管(6)的工作状态截止/导通，“11”对应表层调控晶体管(2)/底层调控晶体管(6)的工作状态为截止/截止。