[发明专利]一种可重构超材料基本单元及超表面

说明书

本发明涉及一种可重构超材料基本单元及超表面，其中基本单元包括依次设置的金属结构层、介质板层、水介质层和金属地，金属结构层包括第一矩形贴片、第二矩形贴片、第一金属导线和第二金属导线，第一金属导线与第一矩形贴片的侧边框垂直相接，第二金属导线与第二矩形贴片的侧边框垂直相接，第一矩形贴片与第二矩形贴片平行且两端对齐，第一矩形贴片与第二矩形贴片之间通过调控二极管相连接。与现有技术相比，本发明采用双重调控可重构超材料基本单元，通过改变水介质层的盐度以及二极管的开关模式，实现基本单元对辐射场的反射幅度以及波束偏转角的调控，有利于扩大超表面的波前调制范围。

技术领域

本发明涉及新型人工电磁材料技术领域，尤其是涉及一种可重构超材料基本单元及超表面。

背景技术

超材料是一种具有独特电磁特性的人工结构，超表面是由超材料衍生而来的，可以看作是具有更显著优势的二维超材料。超材料和超表面因为一些不同于传统材料的新奇性质一直被广泛研究，随着近年来的不断发展，基于超材料或者超表面的波前控制已经是一个热门研究领域，能够调制电磁波始终是设计超材料或超表面的目标。由于斯涅尔定律的推广，进一步增加了人们对波前调制的兴趣，尤其是可编码和数字化的超材料和超表面，为超表面设计开辟了新的思路，可编码超表面能够实现散射场控制、信息操作、成像等多种应用。

当前对于超材料或超表面的波前控制，一方面，传统主要是控制媒质的介电常数、磁导率在空间上按照一定规律变化，比如水作为一种丰富的生物相容性材料，已经被用于各种超材料的研究，以移波器、弹性谐振器、负动态密度的超声结构为例，这些水基超材料主要利用了水的动力学特性。此外，基于水的电磁特性：水具有均匀的介电损耗以及高实部的介电常数，目前提出了一种基于水的可调超表面，通过旋转含有水的超表面单元阵列来调节吸收；而由于热变化会影响水的介电常数，因此提出了一种基于水的热可调谐超表面吸收器。同时，水基超材料在生物传感和可变形结构方面也有着广泛的应用；

另一方面，可重构技术也被广泛应用于超材料的波前控制研究中，主要通过加载电子器件或使用机械方法来改变超材料的电磁行为，比如利用可变电容、可变电阻及开关等电子器件，通过改变电容值、功耗或电路的通断以实现重构目的，这种方法的加工制备过程比较复杂，难于实现。

现有的波前调控研究中，由于结合多种调制方法较为困难，因此通常只使用上述任意的一种调制方法，无法同时调控基本单元反射振幅和波束偏转角，使得超表面的波前调制范围比较小。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有波前双重调控功能的可重构超材料基本单元及超表面，利用水基质盐度以及调控二极管偏置电压的改变，从而实现反射振幅和波束偏转角的双重调制。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可重构超材料基本单元，包括自上而下依次设置的金属结构层、介质板层、水介质层和金属地，所述水介质层的盐度为可变化的，所述金属结构层包括位于介质板层上表面的第一矩形贴片、第二矩形贴片、第一金属导线和第二金属导线，所述第一金属导线与第一矩形贴片的侧边框垂直相接，所述第二金属导线与第二矩形贴片的侧边框垂直相接，所述第一矩形贴片与第二矩形贴片相互平行且两端对齐，所述第一矩形贴片的下边框与第二矩形贴片的上边框之间通过调控二极管相接，所述调控二极管位于金属结构层的中心位置。

进一步地，所述水介质层的盐度值包括第一盐度值和第二盐度值。

进一步地，所述基本单元的工作状态包括第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态和第四工作状态，所述第一工作状态为水介质层的盐度值为第一盐度值且调控二极管为导通状态；所述第二工作状态为水介质层的盐度值为第一盐度值且调控二极管为截止状态；所述第三工作状态为水介质层的盐度值为第二盐度值且调控二极管为导通状态；所述第四工作状态为水介质层的盐度值为第二盐度值且调控二极管为截止状态。

进一步地，所述第一盐度值为0‰，所述第二盐度值为30‰。