[发明专利]超表面透镜

说明书

本发明公开了一种超表面透镜，包括若干个透射阵列单元，所述透射阵列单元的排列满足透射阵列单元沿横轴方向和纵轴方向的透射相位范围为360°，且每个透射阵列单元满足：当入射电磁波透过阵列聚焦时，各个透射阵列单元的中心处对应的相位满足设定值。本发明通过透射阵列单元相位范围的连接在满足传输系数大于‑3.5dB的条件下实现360°的相移范围，聚焦效果好。

技术领域

本发明属于平面透镜技术，具体为一种超表面透镜。

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。

中国专利ZL 2018114078368一种透射阵列，虽然在360°的相移范围内基本满足透射系数在-3.5dB以上，但是在进行精细仿真时在一些相位点会出现透射系数低于-3.5dB的情况，并且该结构的适用频率通带较窄。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种超表面透镜。

实现本发明的技术解决方案为：一种超表面透镜，包括若干个透射阵列单元，所述透射阵列单元的排列满足透射阵列单元沿横轴方向和纵轴方向的透射相位范围为360°，且每个透射阵列单元满足：当入射电磁波透过阵列聚焦时，各个透射阵列单元的中心处对应的相位为：

θ_i＝tan^-1(r_i/f)

式中，r_i是入射点到透镜中心的距离，射径与主轴的夹角是θ_i，透镜的焦距是f，入射波在空气中的波长是λ₀。

优选地，所述透射阵列单元包括介质板、空心金属过孔、设置在介质板两面的正方形金属边框及正方形金属层，所述正方形金属边框与正方形金属层同心设置，且正方形金属边框套在正方形金属层外围，所述正方形金属层沿对角线开槽，且槽深度距中心S/2，S取值为0.79mm，槽的宽度W为0.30m，正方形金属边框的四角向正方形金属层槽内延伸金属条，所述金属条的宽度为0.15mm，延伸金属条底边距槽底的长度Y为2.85mm。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明通过透射阵列单元相位范围的连接在满足传输系数大于-3.5dB的条件下实现360°的相移范围，聚焦效果好；2)本发明剖面低，厚度薄，质量轻，采用不同尺寸的透射阵列单元实现了透镜的简单高效；3)本发明的频率通带可达1GHz以上。

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是本发明的结构示意图。

图2是本发明的透射阵列单元结构示意图。

图3是本发明在24GHz时透射系数曲线。

图4是本发明在24GHz时透射相位曲线。

图5为超表面透镜在24GHz经过平行波激励透射在聚焦平面XOY平面的电场强度分布图。

图6为超表面透镜在24GHz经过平行波激励透射在聚焦平面YOZ平面的电场强度分布图。

具体实施方式