[發明專利]超材料單元、超表面、電磁設備、編碼方法及終端設備

有效

• 申請號: 202011216355.6
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112332102B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 萬偉康;王啟東
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q1/36
• 代理公司: 北京知迪知識產權代理有限公司 11628
• 代理人: 付珍;王勝利

本發明公開超材料單元、超表面、電磁設備、編碼方法及終端設備，涉及超表面技術領域，以簡化可重構超材料單元的結構。該超材料單元包括反射部、第一介質部以及第二介質部。第一介質部開設有容納第一工作流體的第一儲液槽和第二儲液槽；第二介質部開設有容納第二工作流體的電解液槽，電解液槽與第一儲液槽和第二儲液槽連通。當超材料單元處于非填充狀態，第一工作流體包括液態金屬和電解液，第二工作流體為電解液；當施加在第一儲液槽內電解液與施加在第二儲液槽內電解液的電壓存在電壓差時，超材料單元處于填充狀態，第二工作流體至少包括液態金屬。本發明用于制作超表面并進行編碼。

技術領域

本發明涉及超表面技術領域，尤其涉及超材料單元、超表面、電磁設備、編碼方法及終端設備。

背景技術

超表面是一種超薄的二維超材料層。在制作過程中，亞波長的超材料基本單元周期性或非周期性排列，形成超表面。

與三維電磁超材料相比，超表面大大降低了復雜制作工藝的要求，具有損耗低、重量輕、集成度高等優點。到目前為止，超表面已經顯示出了巨大的應用前景，并且出現了各種具有特定功能的電磁器件，例如平面透鏡、波束偏轉器、偏振器、低散射反射面和全息板等。為了滿足日益增長的多功能通信系統的需求，在光學、太赫茲和微波領域，可編碼超表面的現實可能性已經得到了證明。但是構成可編碼超表面的可重構超材料單元往往需要變容二極管、PIN二極管開關和MEMS開關以及基片等，結構復雜，制作難度較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超材料單元、超表面、電磁設備、編碼方法及終端設備，以簡化可重構超材料單元的結構，降低制作難度。

第一方面，本發明提供一種超材料單元。該超材料單元包括反射部、位于反射部下方的第一介質部以及位于反射部上方的第二介質部。第一介質部朝向反射部的表面開設有容納第一工作流體的第一儲液槽和容納有第一工作流體的第二儲液槽；第二介質部遠離反射部的表面開設有容納第二工作流體的電解液槽，電解液槽與第一儲液槽和第二儲液槽連通。超材料單元的狀態包括非填充狀態和填充狀態；當超材料單元處于非填充狀態，第一工作流體包括液態金屬和電解液，第二工作流體為電解液；當施加在第一儲液槽內電解液的電壓與施加在第二儲液槽內電解液的電壓存在電壓差時，超材料單元處于填充狀態，第二工作流體至少包括液態金屬。

與現有技術相比，本發明的超材料單元包括的第一介質部開設有容納第一工作流體的第一儲液槽和容納第一工作流體的第二儲液槽，第二介質部開設容納第二工作流體的電解液槽。當超材料單元處于非填充狀態時，第一儲液槽和第二儲液槽中容納液態金屬和電解液，電解液槽中容納電解液。當施加在第一儲液槽內電解液的電壓與施加在第二儲液槽內電解液的電壓存在電壓差時，液態金屬在電解液中流動，并從電壓較高的儲液槽向電壓較低的儲液槽流動，使得液態金屬填充電解液槽。此時，超材料單元從非填充狀態轉變為填充狀態。當停止施加電壓時，電解液槽中的液態金屬在重力作用下回流到第一儲液槽和第二儲液槽中，超材料單元從填充狀態轉變為非填充狀態。可見，本發明通過控制施加在第一儲液槽和第二儲液槽中電解液的電壓，可以控制超材料單元在填充狀態和非填充狀態之間切換，實現超材料單元的重構，控制方法簡單。并且，本發明超材料單元包括反射部、第一介質部和第二介質部，且第一介質部和第二介質部僅需要刻蝕出槽體結構即可，結構簡單，制作工藝難度較低。由此可見，本發明的超材料單元在具有重構特性的同時，結構簡單，制作難度低。

另外，與現有技術中需要集成變容二極管、PIN二極管開關和MEMS開關等器件實現超材料單元的重構特性相比，本發明的超材料單元通過容納第一工作流體的第一儲液槽、第二儲液槽和容納第二工作流體的電解質槽，對第一儲液槽和第二儲液槽中的第一工作流體施加不同電壓即可實現超材料單元的重構，結構簡單，制作工藝難度低。

第二方面，本發明提供一種超表面。該超表面包括多個第一方面所描述的超材料單元。