[发明专利]一种超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法

说明书

本发明公开一种超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法，涉及超表面技术领域，用以简化可重构超表面所包括的超材料单元的结构，降低制作难度。该超材料单元包括反射部以及其下方的第一介质部、上方的第二介质部，第一介质部朝向反射部的表面开设容纳第一工作流体的储液槽；第二介质部远离反射部的表面开设容纳第二工作流体的电解液槽，电解液槽与储液槽连通。超材料单元处于非填充状态，第二工作流体为电解液；当施加在储液槽内电解液的电压高于施加在电解液槽内电解液的电压时，超材料单元处于填充状态，第二工作流体至少包括液态金属。本发明提供的超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法用于超表面的制作及编码。

技术领域

本发明涉及超表面技术领域，尤其涉及一种超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法。

背景技术

超表面是一种超薄的二维超材料层。在制作过程中，亚波长的超材料基本单元周期性或非周期性排列，形成超表面。

与三维电磁超材料相比，超表面大大降低了制作工艺的要求，具有损耗低、重量轻、集成度高等优点。到目前为止，超表面已经显示出了巨大的应用前景，并且出现了各种具有特定功能的电磁器件，例如平面透镜、波束偏转器、偏振器、低散射反射面和全息板等。为了满足日益增长的多功能通信系统的需求，在光学、太赫兹和微波领域，可重构超表面的现实可能性已经得到证明。但是构成可重构超表面的超材料单元往往需要变容二极管、PIN二极管开关和微机电系统(MEMS)开关以及基片等，结构复杂，制作困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法，以简化可重构超表面的超材料单元的结构，降低制作难度。

第一方面，本发明提供一种超材料单元。该超材料单元包括反射部、位于反射部下方的第一介质部以及位于反射部上方的第二介质部，第一介质部朝向反射部的表面开设有容纳第一工作流体的储液槽；第二介质部远离反射部的表面开设有容纳第二工作流体的电解液槽，电解液槽与储液槽连通。超材料单元的状态包括非填充状态和填充状态；当超材料单元处于非填充状态，第一工作流体包括液态金属和电解液，第二工作流体为电解液；当施加在储液槽内电解液的电压高于施加在电解液槽内电解液的电压时，超材料单元处于填充状态，第二工作流体至少包括液态金属。

与现有技术相比，本发明的超材料单元包括开设储液槽的第一介质部和开设电解液槽的第二介质部，并且超材料单元具有填充状态和非填充状态两种状态。当超材料单元处于非填充状态时，储液槽中容纳液态金属和电解液，电解液槽中容纳电解液。当施加在储液槽内电解液的电压高于施加在电解液槽内电解液的电压时，储液槽中的液态金属流入电解液槽，使得电解液槽中至少包括液态金属，超材料单元从非填充状态转变为填充状态。当停止施加电压或施加在储液槽内电解液的电压小于等于施加在电解液槽内电解液的电压时，电解液槽中的液态金属回流到储液槽中，超材料单元从填充状态转变为非填充状态。

可见，本发明通过控制施加在电解液槽和储液槽内工作流体的电压(包括停止施加电压)，就可以控制超材料单元在填充状态和非填充状态之间切换，实现超材料单元的重构，控制方法简单。并且，本发明的超材料单元包括反射部、第一介质部和第二介质部，且第一介质部和第二介质部仅需要刻蚀出槽体结构即可，结构简单，制作工艺难度较低。由此可见，本发明的超材料单元在具有重构特性的同时，结构简单，制作难度低。

另外，与现有技术中需要集成变容二极管、PIN二极管开关和MEMS开关等器件实现重构特性相比，本发明的超材料单元通过容纳第一工作流体的储液槽和容纳第二工作流体的电解质槽，对两个工作流体施加电压后即可实现超材料单元的重构，结构简单，制作工艺难度低。

第二方面，本发明提供一种超表面。该超表面包括多个第一方面所描述的超材料单元。