一种基于金属-石墨烯的新型宽带可调谐编码超表面的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于金属‑石墨烯的新型宽带可调谐编码超表面的设计方法。如摘要附图所示，单元晶胞表层是十字形的金属铜贴片，下面依次为石墨烯、氧化铝、硅、聚酰亚胺和金属铜。本发明专利技术将M×M个状态相同的单元晶胞组成数字状态一致的超级单元晶胞。最终的编码超表面由N×N个超级单元晶胞组成，并且由FPGA为石墨烯提供了足以改变石墨烯费米能级的偏置电压实现对相位的调控。本发明专利技术具有普通金属编码超表面不具备的实时可调功能和宽频带特性。本发明专利技术实现了编码超表面材料固定，仅通过改变石墨烯费米能级就可以实现1bit编码超表面实时调控反射波的数量和角度，2bit和3bit编码超表面对单束反射波角度的实时调控和任意反射波方向偏转的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属-石墨烯的新型宽带可调谐编码超表面的设计方法
：本专利技术涉及新型可调谐石墨烯编码超表面的设计方法，属于人工电磁超材料领域，涉及一种相位可调的编码超表面，在实际应用中具有实时调节反射波角度和反射波工作频段的功能。
技术介绍
：编码超表面的核心思想在于设计出多种不同的编码单元以实现反射相位差呈现出180°(即1位编码)、90°(即2位编码)或45°(即3位编码)的情况。同时，通过优化超表面的编码排布，可以有效地控制电磁波呈现出需要的状态。编码超表面对微波及太赫兹波的控制可用于制作波束分离、聚焦、波束偏折、极化转换等功能器件，也可在宽带范围内有效缩减目标RCS。但是，这些设计无法动态更改，因为一旦设备制造完成，其结构和相应的相位响应无论如何都是静态的。石墨烯是零带隙半金属材料，具有电可调的特性，通过改变外部电压就可以实现改变石墨烯的费米能级。在编码超表面的研究中，大多数的超表面都是通过改变编码单元表层金属贴片的尺寸或方向来实现相位的调控。但编码单元一旦固定以后很难再次调节，而石墨烯却可以通过施加外部电压或磁场的方法再次调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金属-石墨烯的新型宽带可调谐编码超表面的设计方法，该方法结合了金属的较宽频带和石墨烯的电可调性能设计具有实时可调的新型宽带编码超表面。该编码超表面单元十字形的金属铜贴片置于表层，长度为L＝4μm。金属下面依次为半径R＝5μm的石墨烯、氧化铝、硅、聚酰亚胺和金属铜。该编码超表面通过控制表层石墨烯的费米能级实时改变反射波的角度

【技术特征摘要】
1.一种基于金属-石墨烯的新型宽带可调谐编码超表面的设计方法，该方法结合了金属的较宽频带和石墨烯的电可调性能设计具有实时可调的新型宽带编码超表面。该编码超表面单元十字形的金属铜贴片置于表层，长度为L＝4μm。金属下面依次为半径R＝5μm的石墨烯、氧化铝、硅、聚酰亚胺和金属铜。该编码超表面通过控制表层石墨烯的费米能级实时改变反射波的角度


2.根据权利要求1所述的一种基于金属-石墨烯的新型宽带可调谐编码超表面的设计方法，其特征在于，所述编码超表面单元很薄的氧化铝和硅用来增加相位曲线的非线性并实现施加不同的偏置电压改变费米能级的功能。厚度为0.2μm的金属铜作为单元结构的最底层很好的阻止了入射波透射传输带来的损耗。在这里，单元晶胞的周期P保持为为12μm，聚酰亚胺的厚度H任为20μm。


3.根据权利要求1所述的一种基于金属-石墨烯的新型宽带可调谐编码超表面的设计方法，其特征在于，所述编码超表面由FPGA为石墨烯提供了足以改变石墨烯费米能级的偏置电压Vg。在实际的实验中，使用离子凝胶覆盖超...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖，肖丙刚，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33