[实用新型]一种基于固态等离子体调控的多功能超表面

说明书

本实用新型公开了一种基于固态等离子体调控的多功能超表面，该超表面结构自下而上包括底层的金属反射板、第一层介质层、第一层固态等离子体谐振单元、第二层介质层、第二层固态等离子体谐振单元。所述固态等离子体谐振单元均由PIN单元组成的阵列实现，通过其两端加载的可编程逻辑阵列来控制激励PIN单元阵列，以便得到固态等离子体。通过编程控制不同区域的固态等离子体谐振单元的激励状态，本实用新型的功能可在极化转换器和吸波器之间自由切换。本实用新型具有频带宽，可编程调控，设计灵活，实用性强，功能性强等特点。

技术领域

本实用新型涉及一种多功能超表面，具体的说一种基于固态等离子体的可调控的多表面超表面，属于固态等离子实用技术和微波器件技术领域。

背景技术

人工电磁超表面是对新型人工电磁材料的一种发展和延伸。在研究新型人工电磁材料的过程中，研究人员发现，如果将亚波长的电磁单元排布在一个二维平面上，通过设计单元的自身结构和排布方式，这种平面就可以对电磁波的传播方向和极化方向进行调控。而相比于立体式的新型人工电磁材料，这种人工电磁超表面具有低剖面、低成本、制作方便、容易与曲面共形等优势，所以在工程上有了更广泛的应用。

电磁吸波器是一种能够吸收入射电磁波能量的功能性结构或器件。电磁吸波器最早广泛应用于军事领域是，并且主要是集中在雷达隐身方面的应用。各国学者在如何设计、制备、测试电磁吸波器并改善电磁吸波器性能等诸多方面开展了大量的工作与研究，这显著地促进了电磁吸波器的发展。以往的雷达波吸收材料往往具有稳定性差、重、厚等缺点，所以，现阶段吸波材料研究的一个重点就是找出能够高效吸收、稳定性好的、质量轻、厚度薄的吸波材料。

极化转换器是具有控制电磁波极化方向功能的器件，而且在电磁波传播的应用中是一种非常重要的器件，尤其在纳米光子器件和先进传感器等领域中具有重要的应用价值。除此之外，在微波波段，极化转换器在圆极化天线以及雷达天线罩的设计方面也起着至关重要的作用。传统的实现电磁波极化调控的方法往往是基于双折射效应，并采用双色性固态晶体和扭曲向列液晶来实现。但是这类传统的极化转换器件都存在一定的缺点，这些传统的极化调控器件设计过程较为复杂，整个结构厚度大，且对材料和加工工艺的要求很高。

基于电磁超表面的极化转换器和吸波器则能有效解决上述问题，超材料特殊的亚波长结构和奇异物理特性，不仅能在超薄小型化器件上大有作为，还能特定设计后实现宽带和可重构的要求。现如今，单一的调控手段所能达到的调控性能效果经常受限于外界环境和可调控器件对单一物理场的响应程度,难以适应当今技术发展的要求。

固态等离子体能够很好地解决这一问题，固态等离子体是采用通过外加激励例如电或光的形式在半导体本征层形成的，当外加激励并且固态等离子体内载流子浓度达到一定值时，其表现出与金属性质。当未激发成固态等离子体时，其表现类似半导体的介质特性，因此能在可调谐/可重构、多功能、多物理场的电磁器件大有用处，其实现功能更加多样，能对更加复杂多样的电磁环境做出更充分地响应。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种基于固态等离子体调控的多功能超表面，通过外部的逻辑阵列编程控制固态等离子体构成的谐振单元的激励状态，可以在不同频域范围内的能量吸收和交叉极化转换这两种功能，并进一步调控极化转换的工作频带，且通过合理的参数优化吸波器的工作范围可覆盖大部分C波段而极化转换器功能的总工作频带基本覆盖整个C波段和X波段。

本实用新型为解决上述问题采用以下技术方案：本实用新型提供一种基于固态等离子体调控的多功能超表面，自下而上依次包括底层金属反射板、第一层介质层、第一层固态等离子体谐振单元、第二层介质层、第二层固态等离子体谐振单元；所述第一层固态等离子体谐振单元由一个位于中心的阿基米德螺旋结构和两个位于斜对角的第一L形结构三部分组成，所述第二层固态等离子体谐振单元由一个位于中心的反向阿基米德螺旋结构和两个位于斜对角的第二L形结构三部分组成。