[發明專利]寬帶反射超表面的設計方法及寬帶反射超表面

有效

• 申請號: 202011212714.0
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112599984B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 魯煥;鄭斌;蔡通;陳紅勝
• 申請（專利權）人: 浙江大學杭州國際科創中心
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q15/14;G06F30/20
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 劉廣達

本發明公開了一種寬帶反射超表面的設計方法及寬帶反射超表面，所述方法包括：順序連接多個諧振單元；其中，所述諧振單元由介質板和銅片組成，每個諧振單元中的銅片尺寸不同，計算電磁波經過超表面時產生的反射調制相位；根據預先模擬出來的相位尺寸對照表得出所述反射調制相位對應的銅片尺寸。根據本發明公開的寬帶反射超表面，可以對寬頻帶的入射電磁波進行頻率分離，同時將分離出的頻率分別聚焦在焦平面的不同位置上，而且制備簡單、成本低、易于實現。

技術領域

本發明涉及電磁超表面技術領域，特別涉及一種寬帶反射超表面的設計方法及寬帶反射超表面。

背景技術

波長色散是光學元件設計中的一個重要特征，對頻率相關器件而言，可以通過適當調節電磁波的波前來調控波長色散。現有的波前控制電磁器件，利用天然或者人工電磁材料實現多種功能，例如聚焦透鏡和分束器等。這些傳統的電磁器件重量龐大、制造復雜、成本高、效率低下，在實際應用中受到很大限制。超表面是一種基于廣義斯奈爾定律原理的超薄組件，近年來，亞波長結構電磁調控技術由于其設計靈活，亞波長尺度的精確的相位、振幅、偏振等多參量的電磁調控能力，使其用于開發多種多功能器件，如光束偏轉、聚焦、成像設備等。

用超表面實現頻率的分離和聚焦掃描技術在電磁領域具有重要的應用，如合成孔徑雷達多模式成像、相控陣雷達掃描、傳感和通信等。然而，目前現有的聚焦超表面結構通常只能在一個目標頻率或特定頻率范圍內工作，難以實現寬帶性能。此外，這些超表面結構在實現聚焦功能時，對分頻聚焦的位置難以實現有效的控制。

發明內容

本公開實施例提供了一種寬帶反射超表面的設計方法及寬帶反射超表面。為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現一些概念，以此作為后面的詳細說明的序言。

第一方面，本公開實施例提供了一種寬帶反射超表面的設計方法，包括：

順序連接多個諧振單元；

其中，諧振單元由介質板和銅片組成，每個諧振單元中的銅片尺寸不同。

進一步地，每個諧振單元為大小相等的正方形。

進一步地，計算電磁波經過超表面時產生的反射調制相位；根據預先模擬出來的相位尺寸對照表得出反射調制相位對應的銅片尺寸。

進一步地，計算電磁波經過超表面時產生的反射調制相位，包括：

根據如下公式計算電磁波經過超表面時產生的反射調制相位；

其中，λ是入射電磁波的波長，x是每個諧振單元的序號，n為諧振單元的個數，p為諧振單元的邊長，d為每個聚焦的頻點之間的距離，F為焦距，是附加相位，λ_min為入射電磁波的最短波長，λ_max為入射電磁波的最長波長，δ為調制因子。

進一步地，根據預先模擬出來的相位尺寸對照表得出反射調制相位對應的銅片尺寸之前，還包括：

根據電磁仿真軟件仿真諧振單元，得到不同銅片尺寸對應的反射調制相位。

進一步地，介質板的介電常數為2.65。

第二方面，本公開實施例提供了一種寬帶反射超表面，包括：

由順序連接的多個諧振單元組成；

其中，諧振單元由介質板和銅片組成，每個諧振單元中的銅片尺寸不同。

進一步地，每個諧振單元為大小相等的正方形。

進一步地，介質板的介電常數為2.65。

本公開實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：