[發(fā)明專利]一種低副瓣的1-bit太赫茲液晶超表面

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110365760.2
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113131219A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 劉水;許鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開一種低副瓣的1?bit太赫茲液晶超表面，從上而下依次包括頂層石英襯底層、頂層金屬層、液晶層、底層金屬層和底層石英襯底層；所述頂層金屬層鍍膜在頂層石英襯底層的下表面上，底層金屬層鍍膜在底層石英層的上表面上；所述頂層金屬層包括按陣列排布的超表面單元，所述超表面單元包括子單元和設置在子單元上的諧振結(jié)構(gòu)。本發(fā)明降低傳統(tǒng)1?bit超表面的鏡像波束，避免了傳統(tǒng)液晶超表面難以實現(xiàn)單波束輻射的缺點；利用1?bit控制電路簡化了控制信號的設計難度以及對液晶材料相應靈敏度的要求；超表面實現(xiàn)最大22°的波束偏轉(zhuǎn)，鏡像波束的幅度相對于主波束降低了一半。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太赫茲液晶超表面，尤其涉及一種低副瓣的1-bit太赫茲液晶超表面。

背景技術(shù)

常見的1-bit液晶數(shù)字可編程超表面，可以簡單的實現(xiàn)對入射波束的控制，實現(xiàn)各種不同的反射效果。然而1-bit超表面同樣存在著一些局限性，一是存在著與主波束對稱的鏡像波束，這樣一個鏡像波束由于其幅度等同于主波束，在超表面的實際使用中鏡像波束會對主波束的信號產(chǎn)生較為明顯的影響，尤其是太赫茲頻段傳播損耗大，外界干擾更為嚴重，因此傳統(tǒng)的1-bit超表面不適用于對信號精度要求較高的雷達探測以及成像系統(tǒng)；二是效率不高的問題，同樣是由于鏡像波束的存在，根據(jù)能量守恒定律，超表面產(chǎn)生的主波束能量將不會超過總能量的一半，因而存在著輻射效率低下的問題。

為了解決這一問題，通常的解決方案是采用2-bit甚至更高階的超表面，但對于液晶這一性質(zhì)特殊的材料，設計2-bit超表面存在兩方面的局限性：一是液晶分子通常是用方波信號來進行控制的，因此液晶分子在激活時也是處于一個不停震動的狀態(tài)，而 2-bit超表面需要液晶分子能夠通過4種不同幅度的方波信號實現(xiàn)4種不同幅度的震動狀態(tài)，由于震動狀態(tài)本身就不穩(wěn)定，尋找能夠驅(qū)動液晶分子震動且幅度可以穩(wěn)定介于水平與垂直之間的某種特定狀態(tài)就更為困難，因此在實際操作中可行性不高。二是對于2-bit 液晶超表面的驅(qū)動，需要4種幅度不同的方波信號可編程輸出，而可編程設備FPGA只支持0和1的數(shù)字信號輸出，無法滿足2-bit的需求，大大限制了2-bit以及更高階液晶超表面的可行性，限制了液晶作為超表面設計材料的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種低副瓣的1-bit太赫茲液晶超表面，解決1-bit太赫茲超表面?zhèn)鞑p耗大，效率低的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的低副瓣的1-bit太赫茲液晶超表面，從上而下依次包括頂層石英襯底層、頂層金屬層、液晶層、底層金屬層和底層石英襯底層；所述頂層金屬層鍍膜在頂層石英襯底層的下表面上，底層金屬層鍍膜在底層石英層的上表面上；所述頂層金屬層包括按陣列排布的超表面單元，所述超表面單元包括子單元和設置在子單元上的諧振結(jié)構(gòu)。

所述子單元為兩個，兩個子單元上的諧振結(jié)構(gòu)諧振頻率不同，由兩組控制信號分別控制。

所述諧振結(jié)構(gòu)包括一個矩形和一個矩形環(huán)，矩形環(huán)設置在矩形的周圍，矩型和矩形環(huán)的幾何中心與各自的子單元幾何中心重合。

所述矩形環(huán)的寬度與矩形環(huán)跟矩形的間距相同。

所述頂層金屬層包括饋線A，兩組諧振結(jié)構(gòu)通過饋線A聯(lián)通，相鄰的超表面單元通過饋線A聯(lián)通。

所述底層金屬層包括金屬條，金屬條方向與頂層金屬層饋線方向相同，金屬條長度與超表面單元的邊長相同，金屬條寬度為超表面單元邊長的整數(shù)倍。

所述底層金屬層為交指結(jié)構(gòu)，所述交指結(jié)構(gòu)分別連接饋線B和饋線C，饋線B控制陣列中每一行相同的一組諧振結(jié)構(gòu)，饋線C控制陣列中每一行相同的另外一組諧振結(jié)構(gòu)。

所述頂層石英層與底層石英層之間放置墊片，所述墊片與頂層石英層、底層石英層組成液晶盒，在液晶盒中灌注液晶后形成液晶層。