[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

本發明公開了一種曲折線超材料單元及利用該單元設計的聚焦超表面，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；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；為了在超表面上產生全息圖，使得后向傳播場將從參考波導模產生，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。本發明可以實現實時可調控，能夠根據聚焦點位置物體的移動，實時改變其調控方式，使得聚焦點能夠實時跟蹤物體的移動。

技術領域

本發明屬于通訊技術領域，具體涉及一種曲折線超材料單元及利用該單元設計的聚焦超表面。

背景技術

當前的電磁超表面基本上都是改變諧振單元的尺寸來實現可調控狀態的，但是一種電磁超表面單元制作完成之后，只能針對某一特定頻段完成特定的功能；無法針對實際應用場景的變化，實時改變其相應功能，及其不方便，不靈活。

新型人工電磁超材料設計伊始階段，通常是基于模擬大多數自然界材料的排列規則,也就是簡單的周期排列序。隨之研究的廣泛深入，研究者們把目光轉向了宏觀序這類重要自由度，排列設計出具有緩變序的梯度特異介質，也就出現了剛剛提到的光學隱身、光學幻像等新生技術。近幾年來,超材料從理論概念層面走到了市場應用中，讓我們切實的體會到超材料的強大功能。然而，智能化需求日益增大的今天，市場對超材料提出了更高的要求，就是其在保證優異的電磁調控性能的同時還要做到操作的靈活性與便于移動性。因此，超材料的平面化—超表面問世。超表面是具有復雜宏觀序的新型電磁特異性介質表面,它是由很多的小散射體或孔徑組成的平面化組織，在目前很多的研究中，超表面均可達到和超材料一樣的功能。然而，超表面所占據的物理空間遠遠小于超材料空間占比，并且由于它二維的構造能夠實現低能耗，由此可見，超表面完美的實現了人們對于超材料靈活性與易操控性的期望。

電磁超表面是一種通過控制波前相位、振幅以及偏振等方式調控電磁波的新興結構，它基于廣義斯涅爾定律，通過控制波前相位、振幅以及偏振進行電磁波調控的新興結構，是具有占用空間小，損耗低，制備容易等特點的超材料結構，可以廣泛應用于天線工程、智能設備制造、醫療等電磁波調控行業，發展前景廣闊。

電磁超表面理論上可以實現所有的電磁波相位調控，重要的是作為操控者要知道該超表面實現的電磁波調控功能對應何種相位分布。要實現期望點的電磁波聚焦或者調控，研究者要在前段做大量的數學計算，并設計饋反電路加以實現，這往往使得超表面的電磁波調控復雜起來。那么超表面只存在這一種控制方法嗎？這個問題在全息成像思想中得到了解答，根據全息成像波前記錄與波前重現的思想實現了超表面可調控化。

電磁超表面發展至今，雖然可以實現對各種情況的幅度和相位調控，但是現有方法設計的超表面一種只能對應一種調控方式，如果要改變調控方式，需要重新設計電磁超表面。

發明內容

本發明要解決的技術問題是現有的電磁超表面無法實現實時可調控，為解決上述問題，本發明提供一種曲折線超材料單元及利用該單元設計的聚焦超表面。

本發明的目的是以下述方式實現的：

曲折線超材料單元，包括第一豎直線段、第二豎直線段、第三豎直線段、第一水平線段和第二水平線段，按照第一豎直線段、第一水平線段、第二豎直線段、第二水平線段和第三豎直線段的順序依次連接，第一豎直線段上加載有第一二極管，第二水平線段上加載有第二二極管，第二豎直線段和第三豎直線段由第三二極管連通，第一二極管和第二二極管導通時，第三二極管截止；第三二極管導通時，第一二極管和第二二極管截止；第一豎直線段、第二豎直線段和第三豎直線段構成的等效電阻相同，第一水平線段和第二水平線段構成的等效電阻相同；第一豎直線段、第二豎直線段、第三豎直線段、第一水平線段和第二水平線段均由導電材料制成。