[發(fā)明專利]具有非對(duì)稱傳輸特性的手性超材料結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010735617.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-28
• 公開（公告）號(hào): CN111817013B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱克鵬;駱越;張衛(wèi)紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q15/00
• 分類號(hào): H01Q15/00;H01Q15/24
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發(fā)明涉及一種具有非對(duì)稱傳輸特性的手性超材料結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，該結(jié)構(gòu)在21.65GHz處對(duì)線性極化波的非對(duì)稱傳輸系數(shù)最大達(dá)到0.8562，結(jié)構(gòu)的極化轉(zhuǎn)換率在21?29GHz頻段內(nèi)保持在80％以上，最高可達(dá)到99.75％，說明該結(jié)構(gòu)具有良好的非對(duì)稱傳輸特性及極化轉(zhuǎn)換特性。通過改變表層金屬與底層金屬的旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)線性極化波以及圓極化波的非對(duì)稱傳輸現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)調(diào)控。隨著旋轉(zhuǎn)角度的改變，該結(jié)構(gòu)對(duì)線性極化波以及圓極化波的非對(duì)稱傳輸現(xiàn)象從微弱到強(qiáng)烈動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)表層金屬逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°，底層金屬逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°時(shí)，該結(jié)構(gòu)在21GHz對(duì)線性極化波的非對(duì)稱傳輸系數(shù)最高達(dá)到0.5，同時(shí)在24.5GHz對(duì)圓極化波的非對(duì)稱傳輸系數(shù)最高達(dá)到0.66，此時(shí)該結(jié)構(gòu)對(duì)線性極化波及圓極化波同時(shí)產(chǎn)生了非對(duì)稱傳輸現(xiàn)象。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁波傳輸控制領(lǐng)域，具體涉及一種具有良好非對(duì)稱傳輸特性且同時(shí)具有可調(diào)性及多功能性的手性超材料及設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

基于超材料電磁耦合特性的手性電磁超材料結(jié)構(gòu)具有良好的非對(duì)稱傳輸特性。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過設(shè)計(jì)不同的手性超材料構(gòu)型或調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)來改變整體結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱傳輸特性，從而使手性超材料能夠應(yīng)用與各個(gè)頻段，使其在極化轉(zhuǎn)換器，光電二極管等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

中國專利CN104600434A《具有非對(duì)稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)》通過在介質(zhì)基板上表面及下表面分別刻蝕尺寸大小的L型金屬片得到一種手征超材料結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)線性極化波的非對(duì)稱傳輸現(xiàn)象。但是該專利提出的超材料結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上具有盲目性，并且該結(jié)構(gòu)沒有對(duì)圓極化波產(chǎn)生非對(duì)稱傳輸現(xiàn)象，功能較為單一。

文獻(xiàn)“Ji W,Cai T,Wang B,Wang G.G,et al.High-efficiency and ultra-broadband asymmetric transmission metasurface based on topologically codingoptimization method[J].Optics Express,2019,27(3):2844-2854”公開了一種具有寬頻帶非對(duì)稱傳輸現(xiàn)象的超表面。該文獻(xiàn)利用拓?fù)渚幋a優(yōu)化的方法，對(duì)超表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的超材料非對(duì)稱傳輸系數(shù)高于0.6的頻段相對(duì)帶寬提高到了60％，但是該文獻(xiàn)是在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上只對(duì)中間層金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方法沒有完全克服設(shè)計(jì)的盲目性，并且經(jīng)過優(yōu)化并沒有顯著提升超表面結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱傳輸系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：為克服現(xiàn)有手性超材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)盲目性,避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了一種手性超材料結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，結(jié)合數(shù)值仿真手段和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),設(shè)計(jì)出具有良好非對(duì)稱傳輸特性、極化轉(zhuǎn)換特性以及可調(diào)諧、多功能的手性超材料結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：具有非對(duì)稱傳輸特性的手性超材料結(jié)構(gòu)，包括若干相同的單胞結(jié)構(gòu)；所述單胞結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)基板、表層人工金屬結(jié)構(gòu)和底層人工金屬結(jié)構(gòu)；表層人工金屬結(jié)構(gòu)位于介質(zhì)基板上表面，底層人工金屬結(jié)構(gòu)位于介質(zhì)基板下表面；表層人工金屬結(jié)構(gòu)和底層人工金屬結(jié)構(gòu)均包括兩個(gè)L形變體金屬片，且初始狀態(tài)時(shí)兩個(gè)L形變體金屬片“1”字型和“一”首尾相對(duì)不接觸；表層人工金屬結(jié)構(gòu)的其中一個(gè)L形變體金屬片沿中心旋轉(zhuǎn)180°后與另一個(gè)L形變體金屬片重合；底層人工金屬結(jié)構(gòu)由表層人工金屬結(jié)構(gòu)經(jīng)過與中心軸相互垂直的方向旋轉(zhuǎn)90°得到。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述介質(zhì)基板采用Rogers RO4350材料。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述介質(zhì)基板厚度d的取值范圍為0.8mm≤d≤1.2mm。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述表層人工金屬結(jié)構(gòu)厚度t₁取值范圍為0.024mm≤t₁,t₂≤0.048mm。