[发明专利]基于超构表面综合相位调控原理的圆极化四通道独立异常偏转透镜

说明书

基于超构表面综合相位调控原理的圆极化四通道独立异常偏转透镜，涉及电磁波调控技术领域。本发明是为了解决现有基于几何相位的超构表面，几何相位调控受限，出射波的同极化分量无法得到利用，导致透射能量利用率低的问题。本发明包括N×N个呈矩形阵列排布的基于小型化频率选择表面的超构单元；基于小型化频率选择表面的超构单元包括五层金属层，所述五层金属层分别为层叠交替设置的三层贴片层和两层网格层，相邻的两层金属层之间设有介质层，贴片层上开有三条相互平行的矩形缝隙，网格层的中心位置开有圆形通孔。

技术领域

本发明属于电磁波调控技术领域，尤其涉及电磁波调控原件。

背景技术

基于超构表面对电磁波进行波前偏转操控的基本原理是广义折射定律，即在电磁波传播方向上引入一层相位不连续的超构单元，有规律地在特定位置上提供所需相位突变量。对于圆极化电磁波的波前调控最常用的方法是几何相位调控原理，通过对单元结构进行旋转来引入二倍于旋转角度的相位突变量。基于几何相位的超构表面存在一个缺陷，即对于正交的圆极化入射波来说，其出射波的交叉极化相位响应呈共轭状态，出射波携带的波前分布反向对称。例如：某一基于几何相位的超构表面，能够将左旋圆极化波的交叉极化分量偏转至与出射法线夹角为a的方向。那么对应地，该超构表面只能将右旋圆极化入射波的交叉极化分量偏转至与出射法线夹角为-a的方向。与此同时，出射波的同极化分量无法得到利用，极大地降低了透射能量的利用率。

发明内容

本发明是为了解决现有基于几何相位的超构表面，几何相位调控受限，出射波的同极化分量无法得到利用，导致透射能量利用率低的问题，现提供基于超构表面综合相位调控原理的圆极化四通道独立异常偏转透镜。

基于超构表面综合相位调控原理的圆极化四通道独立异常偏转透镜，包括N×N个呈矩形阵列排布的基于小型化频率选择表面的超构单元，N为正整数；基于小型化频率选择表面的超构单元包括五层金属层，所述五层金属层分别为层叠交替设置的三层贴片层和两层网格层，相邻的两层金属层之间设有介质层，贴片层上开有三条相互平行的矩形缝隙，网格层的中心位置开有圆形通孔。

位于最外侧两层贴片层的主轴相对于中间层贴片层的主轴夹角分为+M°和-M°，M为-180～+180。

网格层和介质层均为正方形且边长相等，贴片层为长方形、且其长边小于介质层的边长。

贴片层长边与短边的平方和小于正方形对角线的平方。

网格层的边长a为8.8mm，介质层的厚度为1mm，金属层的厚度为0.035mm。

基于小型化频率选择表面的超构单元的厚度为其工作波长的0.14倍。

基于小型化频率选择表面的超构单元的工作波长为30mm。

本发明设计了基于小型化频率选择表面的超构单元，通过调节单元上不同的结构参数，能够满足不同相位调控原理的需求，在正交圆极化入射条件下产生符合需求的同极化和交叉极化相位响应。同时在此基础上，针对于几何相位调控原理的这一限制，本发明提出基于超构表面综合相位调控原理的圆极化四通道独立异常偏转透镜，对出射场中同极化能量进行有效利用，同时打破对正交圆极化交叉极化分量调控时的内在耦合性，从而实现对携带不同极化状态的出射电磁波的独立异常偏转调控。

附图说明

图1为基于小型化频率选择表面的超构单元的拆解状态示意图；

图2为贴片层平面图；

图3为网格层平面图；

图4为左旋圆极化入射条件下，0度异常偏转的同极化(左旋)出射波远场方向图，其中实线表示仿真结果，虚线表示测试结果；

图5为图4中出射波随频率及探测角度变化的近场电场分布图；