[发明专利]一种双频段全空间幅度相位独立可调数字编码超表面

说明书

本发明提出了一种双频段全空间幅度相位独立可调数字编码超表面。所述编码表面是由多个单元构成，通过调整单元顶层和底层单元开口和朝向实现同时对透射和反射电磁波的相位和幅度的准确调控，且相位与幅度相互独立。在不同频率的电磁波入射条件下，单元可以对反射或透射的电磁波做出有效调控，实现了超表面对全空间电磁波的有效控制。本发明中提出的双频段全空间幅度相位独立可调数字编码超材料具有良好的频率隔离度，可以确保超表面对反射和透射电磁波的独立调控，在无线通信、雷达、成像、信号处理等领域都有重要的应用前景。

技术领域

本发明是一种双频段全空间幅度相位独立可调数字编码超表面属于天线技术领域 和新型人工电磁超材料领域。

背景技术

超材料，有时也称新型人工电磁材料、新型人工电磁媒质、特异介质等，英文名Metamaterials，拉丁语“meta-”表达有“超出”之意。超材料就是将具有特定几何形 状的宏观基本单元周期性或非周期性排列，使其具有天然材料所不具备的超常电磁特性 的人工复合结构或人工复合材料。由于电磁超材料可以实现对电磁波灵活的调控，电磁 超材料在电磁隐身方面展现出了极大的应用价值，受到国内外军事领域的广泛关注。近 几年来，全空间电磁超材料及超表面作为超材料重点研究分支之一，在实现电磁波的多 功能应用方面有极大的应用价值。

全空间电磁超表面是在二维形式下的超材料，通常是由周期或非周期的二维亚波长 结构单元阵列组成。与普通的电磁超表面相比，全空间电磁超表面可以同时调控超表面上亚波长结构单元的反射和透射的幅值和相位空间分布，从而实现对透射和反射电磁波的波阵面，极化方式，传播方向的自由调控。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种双频段全空间幅度相位独立可调数字编码超表 面，可以实现对超表面的透射和反射电磁波的独立调控。在透射空间内，当入射电磁波的频率为7GHz时，基本单元可以对入射电磁波的透射幅度和相位进行独立调制；当入 射电磁波的频率为17GHz时，基本单元可以对入射电磁波反射的幅度和相位进行独立调 制。通过调整超表面的相位和幅度响应分布，实现对全空间电磁波的精确调控。

技术方案：本发明的一种双频段全空间幅度相位独立可调数字编码超表面，采用以 下技术方案：该数字编码超表面由45×45个基本单元周期排列构成，每个基本单元由依次堆叠有第一金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层和第三金属层构成；第 一金属层为C形金属环，第二金属层为刻有C形金属槽的金属层，第三金属层为C形金 属环；第一金属层C形环与第二金属层C形金属槽的开口大小和方向始终保持一致，第 三金属层的C形金属环开口方向与大小可进行独立设计，不受第一层金属环干扰；所有 的金属环的开口角度在-45度和+45度。

所述的基本单元结构周期为10mm。

所述第一介质层的厚度为3mm，第二介质层的厚度为3mm，这两个介质层的介电常数为2.2和2.65，正切损耗角为0.001。

所述的第一金属层C形金属环的一侧具有开口，开口关于对角线对称；第二金属层为刻有C形金属槽的金属层，C形金属槽的几何结构与第一金属层相同。

所述的第三金属层为C形金属环，金属环的一侧具有开口，开口关于对角线对称；第三金属环层的直径要小于第一金属层的直径。

所述的第一金属层和第二金属层的C形金属环的开口方向和开口大小发生改变，透 射电磁波的幅度和相位被有效调制，透射相位与幅度与第一金属层和第三金属层C形金属环的开口大小和方向实现映射。

所述的第一金属层的幅度和相位设计标准为：

式中：N为超表面上基本单元的个数，A_n为超表面上第n个基本单元幅度与相位响应， F_n,d_xn,d_yn,为焦平面上第n个焦点的焦距和焦点在焦平面的位置坐标。