[發明專利]曲折線超材料單元及利用該單元設計的聚焦超表面

在審

• 申請號: 201811076342.6
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN108963464A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 羅文宇;陸桂明;許麗;邵霞;劉河潮;劉雨
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

1.曲折線超材料單元，其特征在于：包括第一豎直線段(1)、第二豎直線段(2)、第三豎直線段(3)、第一水平線段(4)和第二水平線段(5)，按照第一豎直線段(1)、第一水平線段(4)、第二豎直線段(2)、第二水平線段(5)和第三豎直線段(3)的順序依次連接，第一豎直線段(1)上加載有第一二極管(6)，第二水平線段(5)上加載有第二二極管(7)，第二豎直線段(2)和第三豎直線段(3)由第三二極管(8)連通，第一二極管(6)和第二二極管(7)導通時，第三二極管(8)截止；第三二極管(8)導通時，第一二極管(6)和第二二極管(7)截止；第一豎直線段(1)、第二豎直線段(2)和第三豎直線段(3)構成的等效電阻相同，第一水平線段(4)和第二水平線段(5)構成的等效電阻相同；第一豎直線段(1)、第二豎直線段(2)、第三豎直線段(3)、第一水平線段(4)和第二水平線段(5)均由導電材料制成。

2.根據權利要求1所述的曲折線超材料單元，其特征在于：所述第一豎直線段(1)、第二豎直線段(2)和第三豎直線段(3)的長度相等，均為L；第一豎直線段(1)、第二豎直線段(2)、第三豎直線段(3)、第一水平線段(4)和第二水平線段(5)的寬度相等，均為τ，第一水平線段(4)和第二水平線段(5)的長度相等。

3.根據權利要求2所述的曲折線超材料單元，其特征在于：所述第一水平線段(4)和第二水平線段(5)的長度相等，均為4τ。

4.根據權利要求2所述的曲折線超材料單元，其特征在于：所述L為450μm，τ＝25μm，曲折線超材料單元的諧振頻率為92.5GHz。

5.利用權利要求1-4任一所述的曲折線超材料單元設計的聚焦超表面，其特征在于：若干個曲折線超材料單元布置在介質板上，參考波采用同軸饋電，形成平面波導，從而在介質板中形成柱面波，將入射波輻射在超表面上的磁場通過Hankel函數建立模型如下：

其中，k表示真空中電磁波傳播的波數，λ表示為電磁波的波長；ε_r表示介質基板的介電常數；φ表示曲折線長軸在表面的角度，如果曲折線長軸沿著x軸，則該曲折線將會與參考波的x軸分量耦合，所以要乘以cosφ，這個時候φ＝0°，如果沿著y軸，則乘以sinφ，φ＝90°，取值范圍就是0-90度，表示曲折線長軸傾斜角；是超表面上離散點的位置；

基于全息的思想，需要得到參考波與虛擬聚焦點反向傳播至超表面全息板所干涉形成的場分布，因此，對于虛擬聚焦點反向傳播至超表面的場分布，定義如下：

其中，k表示真空中電磁波傳播的波數，

為了在超表面上產生全息圖，使得式(2)的后向傳播場將從式(1)的參考波導模產生，可通過由下式定義的具有曲折線超材料單元的超表面表面上的復振幅分布來實現：

其中，表示引導磁場的復共軛。

6.根據權利要求5所述的聚焦超表面，其特征在于：所述Hankel函數是由貝塞爾函數推導出來的，具體公式如下：

7.根據權利要求5所述的聚焦超表面，其特征在于：所述曲折線超材料單元在介質板上呈矩陣式排列。

8.根據權利要求7所述的聚焦超表面，其特征在于：所述曲折線超材料單元為60行，每行60個，聚焦超表面的尺寸為27mm×18mm×10μm。

9.根據權利要求5所述的聚焦超表面，其特征在于：所述介質板為硅基板。