一种透射式超表面单元结构及电磁波幅相调控器件制造技术

本实用新型专利技术涉及一种透射式超表面单元结构及电磁波幅相调控器件，属于超表面技术领域，解决了现有超表面单元结构复杂，对电磁波进行幅相调控时需改变结构尺寸参数、调控效率低的问题。该单元结构包括级联的两个结构相同的元结构；该元结构包括介质基板以及对称贴合于该介质基板两侧的两个相同的圆形导体贴片；其中，介质基板与两个圆形导体贴片具有相同的几何中心；圆形导体贴片上设置有可绕所述几何中心旋转的C型孔式谐振环；介质基板为正方形结构，其边长与所述圆形导体贴片的直径相匹配。该超表面单元结构结构简单，无需改变单元结构的尺寸参数即可实现对电磁波的幅度和相位进行独立、连续调控，调控灵活、效率高。效率高。效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种透射式超表面单元结构及电磁波幅相调控器件


[0001]本技术涉及超表面
，尤其涉及一种透射式超表面单元结构及电磁波幅相调控器件。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，以电磁波为基础的科学研究和科技专利技术已经渗入到人类日常生活的方方面面，尤其在通讯、成像、导航、探测等领域有广泛的应用。幅度、相位和极化作为电磁波的基本属性，决定着电磁波传播的性质，如何能高效地调控电磁波的幅度和相位一直是电磁波研究领域的热点问题。近年来，通过设计单元结构构造超表面实现对电磁波的灵活调控的工作越来越多，而设计超表面的关键在于单元结构对电磁波相位、幅度、极化及其组合的散射特性的调控。近年来有许多设计幅相调控单元的工作，这种幅相调控单元构造的超表面与纯相位超表面相比在各方面表现更优秀，比如可以提高全息成像分辨率，实现定向辐射、雷达散射截面缩减、多波束设计等。通过改变单元结构的尺寸、方位等多个自由度的调控，可以实现对电磁波复振幅的调制。然而，寻找一种简单、通用的单元结构来实现全范围复振幅调制仍然是非常有必要的。
[0003]目前用于调控电磁波幅度和相位的超表面单元结构有多类。一是惠更斯超表面单元结构，通过改变单元结构尺寸调控电磁响应实现复振幅调制；二是具有二元相位调制的线极化幅相调控超表面；三是基于几何相Pancharatnam
‑
Berry(PB)原理的圆交叉极化相位调控单元结构的纯相位超表面；四是X型结构双臂夹角和旋转调控全范围的幅相单元结构。
[0004]现有技术至少存在以下缺陷，一是，惠更斯超表面单元结构设计复杂，缺少通用的调控规则；二是，具有二元相位调制的线极化幅相调控超表面单元结构只能得到二元相位，要实现全范围的幅相独立连续调控，还需要对单元结构的尺寸进行调整；三是，基于几何相
[0005]Pancharatnam
‑
Berry(PB)原理的圆交叉极化相位调控单元结构只能通过改变单元结构的尺寸参数才能对电磁波幅度进行调控，且单元结构尺寸的调控无相应的规律，调控效率低；四是，X形单元结构进行调控时，虽可以支持全范围的幅度和相位的调控，但效率不高并且X形单元结构的耦合效应也缺乏相应的理论支撑。
[0006]技术
技术实现思路

[0007]鉴于上述的分析，本技术旨在提供一种透射式超表面单元结构及电磁波幅相调控器件，用以解决现有超表面单元结构复杂，对电磁波进行幅相调控时需改变结构尺寸参数、调控效率低的问题。
[0008]本技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0009]一方面，本技术提供了一种透射式超表面单元结构，包括级联的两个结构相同的元结构；该元结构包括介质基板以及对称贴合于该介质基板两侧的两个相同的圆形导体贴片；其中，
[0010]所述介质基板与两个所述圆形导体贴片具有相同的几何中心；所述圆形导体贴片上设置有C型孔式谐振环；每一元结构的两个C型孔式谐振环相对于所述介质基板对称；
[0011]所述介质基板为正方形结构，其边长与所述圆形导体贴片的直径相匹配。
[0012]进一步的，所述两个元结构间设置有空气层。
[0013]进一步的，所述圆形导体贴片的材质为金、银或铜。
[0014]另一方面，本技术提供了一种电磁波幅相调控器件，包括多个透射式超表面单元结构；多个所述透射式超表面单元结构二维阵列排列；所述元结构中C型孔式谐振环的朝向与所述元结构的取向角相对应。
[0015]进一步的，两个所述元结构中的第一元结构的取向角、第二元结构的取向角的大小与所述所需调控的幅度的对应关系如下：
[0016]A＝cos(θ2‑
θ1)，
[0017]其中，θ1表示所述第一元结构的取向角，θ2表示所述第二元结构的取向角，A表示所述所需调控的幅度。
[0018]进一步的，两个所述元结构中的第一元结构的取向角、第二元结构的取向角的大小与所述所需调控的相位的对应关系如下：
[0019][0020]其中，当入射波为右旋圆极化电磁波，透射波为左旋圆极化电磁波时，σ＝1；当入射波为左旋圆极化电磁波，透射波为右旋圆极化电磁波时，σ＝
‑
1，表示所需调控的相位。
[0021]进一步的，所述两个元结构间的空气层厚度的取值范围为[4.75mm,5.25mm]。
[0022]进一步的，所述圆形导体贴片的厚度的取值范围为[0.0171mm,0.0189mm]、半径取值范围为[3.325mm,3.675mm]，所述C型孔式谐振环的内半径取值范围为[2.85mm,3.15mm]、外半径取值范围为[3.04mm,3.36mm]，所述C型孔式谐振环对应的隔断宽度的取值范围为[0.19mm,0.21mm]。
[0023]进一步的，所述介质基板边长的取值范围为[8.55mm,9.45mm]，厚度的取值范围为[1.425mm,1.575mm]；
[0024]进一步的，所述电磁波幅相调控器件为波束生成器件、全息成像器件或光束聚焦器件。
[0025]与现有技术相比，本技术至少可实现如下有益效果之一：
[0026]1、本技术提出的透射式超表面单元结构，通过设置超表面单元结构中两个元结构的取向角即可实现对电磁波幅度和相位的独立、连续调控，且无需改变单元结构的尺寸，调控方式灵活、调控效率高；该超表面单元结构对电磁波幅度的调控范围为[0,1]，对电磁波相位的调控范围为[0
°
,360
°
]。
[0027]2、本技术提出的透射式超表面单元结构是基于波片理论和PB相位理论对电磁波的幅度、相位进行调控的，具有完善的理论支撑，且无需依靠改变结构参数无规律的对电磁波幅度和相位进行调控，因此基于该超表面单元结构能够快速精准的设计出各种电磁波幅相调控器件，例如双焦点聚焦透镜、多波束产生器、贝塞尔波束产生器和全息成像器件等，大大降低了器件设计的复杂度，适用性强，应用场景广泛，且通过改变该超表面单元结构的电尺寸匹配相应的圆形导体贴片和介质的材质，可以使该超表面单元结构工作于微波波段、红外波段、太赫兹波段、光频波段等。
[0028]3、本技术提出的电磁波幅相调控器件的二维阵列中每一超表面单元结构的结构尺寸均相同，只有两个元结构的取向角不同，简化了二维阵列的制造工艺，很大程度上
降低了制造成本。
[0029]本技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本技术的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
[0030]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0031]图1为本技术实施例透射式超表面单元结构的示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透射式超表面单元结构，其特征在于，包括级联的两个结构相同的元结构；所述元结构包括介质基板以及对称贴合于该介质基板两侧的两个相同的圆形导体贴片；其中，所述介质基板与两个所述圆形导体贴片具有相同的几何中心；所述圆形导体贴片上设置有C型孔式谐振环；每一元结构的两个C型孔式谐振环相对于所述介质基板对称；所述介质基板为正方形结构，其边长与所述圆形导体贴片的直径相匹配。2.根据权利要求1所述的透射式超表面单元结构，其特征在于，所述两个元结构间设置有空气层。3.根据权利要求1或2所述的透射式超表面单元结构，其特征在于，所述圆形导体贴片的材质为金、银或铜。4.一种电磁波幅相调控器件，其特征在于，包括多个权利要求1
‑
3任意一项所述的透射式超表面单元结构；多个所述透射式超表面单元结构二维阵列排列；所述元结构中C型孔式谐振环的朝向与所述元结构的取向角相对应。5.根据权利要求4所述的电磁波幅相调控器件，其特征在于，两个所述元结构中的第一元结构的取向角、第二元结构的取向角的大小与所述所需调控的幅度的对应关系如下：A＝cos(θ2‑
θ1)，其中，θ1表示所述第一元结构的取向角，θ2表示所述第二元结构的取向角，A表示所述所需调控的幅度。6.根据权利要求4或5所述的电磁波幅相...

【专利技术属性】
技术研发人员：武超，李权，张智辉，赵松，
申请(专利权)人：东莞科伏精密制造有限公司，
类型：新型
国别省市：