[發明專利]多功能雙頻編碼超表面

有效

• 申請號: 202111169474.5
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN114024144B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 蘭峰;潘一博;王祿煬;宋天陽;曾泓鑫;何貴舉;楊梓強
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙) 51215
• 代理人: 劉勛

多功能雙頻編碼超表面，涉及電磁功能器件，本發明包括順次重疊設置的第一金屬層、第一介質層、第二金屬層、第二介質層、第三金屬層；所述第一金屬層和第三金屬層皆為金屬光柵，兩層光柵形狀相同且相互正交；所述第二金屬層為M×N個基本單元組成的陣列，所述基本單元由開口方形諧振環和位于諧振環中間區域的十字貼片組成，M和N均為大于3且可被3整除的自然數。本發明具有頻帶覆蓋范圍寬、設計靈活、功能多樣、易于加工、實用性強等特點。

技術領域

本發明屬于新型人工電磁材料以及電磁功能器件領域。

技術背景

由于在無線通信、成像、雷達隱身等領域具有廣闊的應用前景，對電磁波的任意操縱引起了人們的極大關注。人工電磁超材料是由亞波長人工結構單元周期性或非周期性排列組成的人工復合結構材料，突破了天然材料電磁參數相對固定的限制，如負磁導率、負介電常數和負折射率、零折射率等，可以通過設計不同的單元結構進行控制。由于原來的電磁超材料采用空間相位累積來調節電磁波的相位，加工不方便，成本高，有額外的損耗。因此三維電磁超材料嚴重阻礙了其在緊湊環境下的實際應用。電磁超表面是人工電磁超材料的二維版本，克服了傳統超材料在三維空間的限制。通過在一個界面上引入場不連續性，超表面可以通過隨意改變其相位、振幅和偏振來操縱透射和反射波。經過多年的持續研究，人們提出了各種具有梯度相位不連續的超表面來操縱相位波前，以實現許多應用，如異常反射或折射、聚焦透鏡、渦旋波束產生、偏振操縱等等。

數字編碼超表面是一種新型的超表面，它在數字表示和物理實現之間建立了一座橋梁，使得從信息科學的角度重新審視超表面并與信號處理中的算法相結合成為可能，大大簡化了超表面的設計，拓展了超表面的研究方向。編碼超表面的基本原理是用二進制編碼來代替不同的相位響應。例如，1位編碼超表面由兩個不同的編碼元素組成，其相位響應相差180°，分別用數字“0”和“1”表示。通過將360°相位離散化，編碼超表面的概念可以從1比特擴展到多比特。通過在二維平面上以預先設計好的編碼序列排列編碼元素，編碼超表面可以更簡單有效地控制電磁波。

隨著現代集成系統的快速發展，現代通信、成像和無線傳感器網絡對多任務設備的要求越來越高，單一功能的設備無法滿足系統集成的需要。最近，一些超表面被報道通過改變入射波的偏振和頻率來實現不同的功能。此外，雖然可重構技術被用于構建有源超表面以實現對電磁波的多功能控制，但一般需要復雜的設計和控制系統，這大大增加了系統的損耗和成本。目前，大多數多功能無源超表面只能調節半空間或單一頻段的電磁波來實現不同的功能，這大大限制了超器件的信息容量。在最近的研究中，各向異性的單層或多層多功能超表面被用來實現電磁控制。例如，有報道稱，一個三頻單層反射編碼超表面[1]可以實現三種不同的功能，包括光學幻覺、RCS縮減和生成OAM波束。Zhang等人[2]在實驗中展示了一個多層各向異性編碼超表面，通過改變入射波的偏振和方向來實現多種獨立功能。然而，這些提出的超表面要么是在半空間對電磁波進行調節，要么只是在單一的、狹窄的頻段中工作。為了提高信息通道的容量，具有多頻段、寬頻段、全空間電磁控制、易于制造的多功能集成器件一直是研究者探索的前沿方向。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種結構簡單、易加工、實用性強并且集成渦旋波束、RCS縮減和異常反射的多功能雙頻編碼超表面。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是，多功能雙頻編碼超表面，其特征在于，包括順次重疊設置的第一金屬層、第一介質層、第二金屬層、第二介質層、第三金屬層；

所述第一金屬層和第三金屬層皆為金屬光柵，兩層光柵形狀相同且相互正交；所述第二金屬層為M×N個基本單元組成的陣列，所述基本單元由開口方形諧振環和位于諧振環中間區域的十字貼片組成，M和N均為大于3且可被3整除的自然數；

所述開口方形諧振環為L型諧振片，L型諧振片具有兩個長臂，并且兩個長臂的末端各帶有一個短臂，長臂和短臂皆沿正方形的四邊設置，短臂為直角梯形，其底邊長度大于頂邊，頂邊較底邊更接近十字貼片，直角梯形的斜邊與底邊成45°角，垂直于底邊的腰與L型諧振片的長臂連接。