[发明专利]一种惠更斯超表面单元、透射阵天线及单元相位控制方法

权利要求书

1.一种超薄高透射率的惠更斯超表面单元，其特征在于，包括介质基板、位于介质基板上表面的上层金属层和位于介质基板下表面的下层金属层，上层金属层和下层金属层均包括开口金属谐振方环，在金属谐振方环内部镶嵌有金属贴片，且上层金属层的开口金属谐振方环和下层金属层的开口金属谐振方环的开口位置反对称，且上层金属层与下层金属层在垂直方向上的投影重叠；

开口金属谐振方环和内嵌的金属贴片形成等效LC谐振，其中，等效电感L来自金属谐振方环和金属贴片，等效电容C来自金属谐振方环开口以及金属谐振方环与内嵌金属贴片两端之间的缝隙；

上层金属层和下层金属层的金属谐振方环的水平横臂的表面电流方向相反，使得上层金属和下层金属层产生等效电流环，形成强磁偶极子谐振；上层金属层和下层金属层的金属贴片的表面电流方向相同，使得惠更斯超表面单元在上层金属层和下层金属层的金属谐振方环和金属贴片两端之间的缝隙处会保留强电偶极子谐振；

通过调节谐振环开口大小和内嵌金属贴片长度，惠更斯超表面单元在保持透射幅值高于-2.5dB时实现360°透射相位控制。

2.一种权利要求1任一项所述超薄高透射率的惠更斯超表面单元的透射相位控制方法，其特征在于，分别调节金属谐振方环开口大小和内嵌金属贴片长度，使得惠更斯超表面单元结构利用惠更斯原理在保持透射幅值高于-2.5dB时实现360°透射相位控制。

3.一种基于权利要求1任一项所述超薄高透射率的惠更斯超表面单元的超表面，其特征在于，该超表面为由若干惠更斯超表面单元组成的m×n的透射阵，其中，每个惠更斯超表面单元中金属谐振方环开口大小和内嵌金属贴片长度根据需要不同。

4.一种超薄高增益透射阵天线，其特征在于，该天线包括透射阵和馈源，馈源用于为透射阵提供激励，透射阵为由若干权利要求1所述惠更斯超表面单元组成的m×n的阵列结构，为了将入射球面波转换为平面波，阵列上的每一个惠更斯超表面单元对应的透射相位通过下式计算：

其中，是阵列第i单元对应的相位，是阵列中心单元所对应的相位，R_ith为馈源与第i单元间的距离，F为焦距，k₀为自由空间波数；当阵列上每一个单元所需相位经过上式计算后，相应的金属谐振方环开口大小和内嵌金属贴片长度值通过查表进行获取；

该透射阵天线的口径面效率通过下式计算：

其中，G为测试增益，D_max＝4πA_p/λ²为最大方向性，A_p为天线物理口径，λ为工作波长。