[發明專利]寬頻梯度相位設計方法及超材料

有效

• 申請號: 202010411767.9
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111555034B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 張澎;劉若鵬;周添;趙治亞;李君哲;宮禹;王今金;葉金財
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所;深圳光啟尖端技術有限責任公司;深圳光啟高端裝備技術研發有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明實施例公開了寬頻梯度相位設計方法和超材料。該寬頻梯度相位設計方法，應用于超材料，所述超材料包括介質基板以及在介質基板上排列成陣列的多個第一人造微結構；所述多個第一人造微結構的每一者都包括第一外框圖案和嵌套在所述第一外框圖案內部的至少一個內框圖案，所述至少一個內框圖案與第一外框圖案的形狀相同；所述寬頻梯度相位設計方法包括：使所述多個第一人造微結構的多個第一外框圖案的形狀彼此相同、且外輪廓尺寸逐漸變化；以及使所述多個第一人造微結構的多個所述至少一個內框圖案的形狀彼此相同、且外輪廓尺寸逐漸變化，以獲得所述超材料對電磁波的相位梯度響應。該超材料采用簡化的結構設計參數以實現連續變化的相位梯度響應。

技術領域

本發明涉及超材料領域，更具體地，涉及一種寬頻梯度相位設計方法及超材料。

背景技術

超材料(metamaterial)作為一種材料設計理念以及研究前沿，越來越引起人們的關注。所謂超材料，是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可以突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有特性的超常材料功能。

超材料反射器是采用超材料形成反射面以反射電磁波的反射器。在超材料反射器中，可以利用關鍵物理尺度的變化調制相位，即使采用平板狀反射面也可以獲得相位梯度分布，從而對電磁波產生匯聚或分散的效果。

超材料反射器包括介質基板以及位于介質基板上的多個第一人造微結構。超材料反射器的多個第一人造微結構的結構有序設計是影響電磁參數的重要因素。根據斯涅爾反射定律，超材料反射器表面的多個第一人造微結構的相位梯度可以形成額外的平行波矢分量，從而對電磁波的反射進行相位調制。如果超材料反射器表面的多個第一人造微結構的相位差按照拋物面分布，就可以將平行入射的電磁波反射并且匯聚在焦點位置上。

然而，在超材料反射器的設計上還存在著挑戰，不僅人造微結構的結構參數復雜，而且相位梯度連續性差。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的在于在超材料中采用簡化的結構設計參數以實現連續性好的相位梯度響應。

根據本發明的一方面，提供一種寬頻梯度相位設計方法，應用于超材料，所述超材料包括介質基板以及在介質基板上排列成陣列的多個第一人造微結構；所述介質基板分成多個晶格，所述第一人造微結構置于所述晶格中，每個所述晶格的尺寸不變；所述多個第一人造微結構的每一者都包括第一外框圖案和嵌套在所述第一外框圖案內部的至少一個內框圖案，所述至少一個內框圖案與第一外框圖案的形狀相同；其特征在于，所述寬頻梯度相位設計方法包括：

使所述多個第一人造微結構的多個第一外框圖案的形狀彼此相同、且外輪廓尺寸逐漸變化；以及

使所述多個第一人造微結構的多個所述至少一個內框圖案的形狀彼此相同、且外輪廓尺寸逐漸變化，以獲得所述超材料對電磁波的相位梯度響應。

較佳地，所述多個第一人造微結構的圖案由導電線條或鏤空線槽構成，所述寬頻梯度相位設計方法還包括：

使所述多個第一人造微結構的多個第一外框圖案的導電線條或鏤空線槽的寬度相同；以及

使所述多個第一人造微結構的多個所述至少一個內框圖案的導電線條或鏤空線槽的寬度相同。

較佳地，所述超材料還包括在介質基板上排列成陣列的多個第二人造微結構，所述第二人造微結構置于所述晶格中；所述多個第二人造微結構的圖案由導電線條或鏤空線槽構成，所述多個第二人造微結構的每一者都包括第二外框圖案；所述寬頻梯度相位設計方法還包括：

使所述多個第二人造微結構的多個第二外框圖案的形狀彼此相同、導電線條或鏤空線槽的寬度彼此相同、且外輪廓尺寸逐漸變化。

較佳地，所述多個第一人造微結構的圖案由導電線條或鏤空線槽構成，所述寬頻梯度相位設計方法還包括：