[发明专利]一种具有近场汇聚功能的全金属超材料透镜及其单元排布设计方法

权利要求书

1.一种具有近场汇聚功能的全金属超材料透镜，其特征在于，所述全金属超材料透镜由多个阵列单元组成，具有不同移相量的阵列单元按照预先设计好的移相量分布规律在XOY平面上进行排列；

每个单元包括完全相同的四层金属层(1)与三层空气层(2)，所述四层金属层(1)与三层空气层(2)间隔排列组成，每层所述金属层(1)包括四个矩形金属缝隙(4)与四个正方形金属缝隙(3)，四个所述矩形金属缝隙(4)分别设置在金属层(1)的边长位置，四个所述正方形金属缝隙(3)分别设置在金属层(1)的四个顶角位置，所述矩形金属缝隙(4)与正方形金属缝隙(3)间隔设置，所述金属层结构为中心旋转对称结构，每个所述矩形金属缝隙(4)向内延伸中心竖线或中心横线交汇于旋转对称中心处。

2.根据权利要求1所述一种具有近场汇聚功能的全金属超材料透镜，其特征在于，所述金属层(1)的外形轮廓长度均为d，其取值范围为0.16λ₀～0.2λ₀，其中λ₀为最低工作频率电磁波在自由空间中波长；

所述金属层(1)的厚度为h，取值范围是0.005λ₀～0.01λ₀；

所述空气层(2)厚度为s，取值范围为0.05λ₀～0.65λ₀。

3.根据权利要求1所述一种具有近场汇聚功能的全金属超材料透镜，其特征在于，所述矩形金属缝隙(4)与正方形金属缝隙(3)之间宽度为w2，w2取值在0.0025λ₀～0.01λ₀，一条直线上的两个正方形金属缝隙(3)内侧竖线之间的距离是a，a取值在0～0.18λ₀之间；所述中心竖线或中心横线的宽度是w1，w1取值在0.0025λ₀～0.01λ₀，一条直线上的两个正方形金属缝隙(3)外侧竖线之间的距离是d1，d1取值在0.15λ₀～0.19λ₀。

4.根据权利要求1所述一种具有近场汇聚功能的全金属超材料透镜，其特征在于，所述全金属超材料透镜由K种阵列单元构成，K种阵列单元的金属层(1)具有不同的缝隙长度，在1.590GHz时的移相量依次相差360/K度；所述K种阵列单元都包括一条直线上的两个正方形金属缝隙(3)内侧竖线之间的距离a，但a的取值不同,其中K取值为2，3，4……；

所述每个单元的金属层(1)材料为电导率为1.1×10⁶S/m的不锈钢材料。

5.根据权利要求1-4任一所述一种具有近场汇聚功能的全金属超材料透镜的单元排布设计方法，其特征在于，所述单元排布设计方法具体为根据公式(1)计算全金属超材料透镜单元所需要的移相量分布规律；

设定全金属超材料透镜的几何中心为坐标原点(0,0),指的是位于XOY平面的全金属超材料透镜上坐标为(x,y)的单元的移相量；λ₀指的是中心工作频率1.59GHz的电磁波在空气中的波长；f_d是全金属超材料透镜的设计焦距；表示从喇叭天线射出的电磁波照射到全金属超材料透镜上坐标为(x,y)单元时的相位；

得到移相量分布规律，并根据具体需求得到K种具有不同移相量的阵列单元，K的取值范围为2，3，4……，进而得到一个由N×N阵列单元构成的具有近场汇聚功能的全金属超材料透镜，N的取值范围为15-60。

6.根据权利要求5所述一种具有近场汇聚功能的全金属超材料透镜的单元排布设计方法，其特征在于，所述全金属超材料透镜外形轮廓长度均为A，其中A为3.2λ₀～10λ₀。