[实用新型]一种辐射和散射一体化信息超构材料表面及其应用

说明书

本实用新型公开了一种辐射和散射一体化的信息超构材料表面，所述信息超构材料表面由周期或者非周期排布的人工电磁结构单元构成，同时具有辐射电磁场/波调控和散射电磁场/波调控的能力，构成所述信息超构材料表面的单元至少具有1‑比特的单元码元，所述信息超构材料表面至少在一个电磁物理域内可进行调控。该信息超构材料表面解决了传统的超表面单一的只应用于散射或者辐射领域的局限性问题，同时具备对电磁波在时‑空‑频‑极化等多维电磁物理空间实时调控的能力，即具有更为强大的综合调控能力，在高性能天线、智能天线、新体制雷达、新体制通信系统、减小雷达散射截面等都具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料表面技术领域，尤其涉及一种辐射和散射一体化信息超构材料表面及其应用。

背景技术

超构材料是指具有亚波长尺度的单元按一定的宏观排列方式(周期性或非周期性)形成的人工复合结构。由于其基本单元和排列方式都可任意设计，因此能突破传统材料在原子或分子层面难以精确操控的限制，构造出传统材料与传统技术不能实现的超常规媒质参数，进而对电磁波进行高效灵活调控，实现一系列新奇的物理特性和应用。近二十年来，超构材料一直是物理和信息领域的国际前沿，以等效媒质理论为基础，在变换光学等方法指导下，新型电磁结构设计不断涌现，例如电磁隐身衣、隐身地毯、完美吸波体、电磁黑洞等，引起了世界各国科学家和政府组织的高度关注。

过去二十余年超构材料一直以等效媒质为核心，但基于等效媒质的超构材料很难实时地操控电磁波。从电路角度，具有连续媒质参数的超构材料可称为模拟超构材料。为了实现“数字版”的超构材料，我国学者和美国宾夕法尼亚大学Engheta课题组相互独立地提出了数字超构材料的概念。Engheta等提出通过空间混合的“数字超构材料位”来构建“超构材料字节”的方法，以实现所需的媒质参数(Nature Materials，2014年9月14日在线发表)，其中“数字超构材料位”由不同媒质参数(例如正介电常数和负介电常数)的材料粒子构成，因此Engheta工作的核心是用数字位的手段来描述等效媒质，仍属于等效媒质超构材料的范畴。由于实际操作的复杂性，Engheta的工作至今没经过实验验证。与此同时，崔铁军等创造性地从信息科学角度研究超构材料，摒弃了等效媒质的表征方法，提出用数字编码来表征超构材料的新思想，即信息超构材料，通过改变数字编码单元的空间排布来控制电磁波(Light:ScienceApplications，2014年9月9日正式录用，2014年10月24日在线发表)。该思想不但被实验所证实，而且开拓出一个新领域，为超构材料技术的发展开辟了新方向。

本发明中涉及的信息超构材料，或称为数字电磁超材料、电磁编码超材料，可将电磁模拟信号数字化，智能实时地调整材料的电磁信息特性，以适应或改变周围电磁环境，即具备对电磁波在时-空-频-极化等多维电磁物理空间实时调控的能力，其重要特征之一就是能够直接处理数字编码信息。比如，1-比特的信息超构材料由“0”和“1”的单元码元来分别表征0和π的相位响应，然后按照一定规律排列这样的“0”和“1”的单元码元构成超构材料表面(或称超构表面、超表面)，以实现所需的设计功能；而2-比特的信息超构材料由“00”、“01”、“10”和“11”等单元码元来分别表征0、π/2、π和3π/2等的相位响应，以此进行单元排列、构成特定功能的超构表面；以此类推，多比特的单元码元则选用相位差基本保持稳定的有限种电磁超构材料单元形式，按一定的编码规律进行排列，具有2^N种状态特性，其中N代表比特数，构成所需功能的超构表面。多比特超构表面具有与1比特超构表面相同的数字化设计的优点，且具有更多的编码组合，因此对电磁波的调控更加自由，能实现的功能更加丰富、调控效果更优。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出供一种具有辐散一体化的信息超构材料表面，解决传统的超表面单一的只应用于散射或者辐射领域的局限性问题，同时具备对电磁波在时-空-频-极化等多维电磁物理空间实时调控的能力。