本发明专利技术公开了一种具有圆极化双功能的反射式超表面单元，包括依次设置的表层金属结构层、中间介质层和底层金属地；表层金属结构层包括第一金属折线，第二金属折线、第三金属折线和第四金属折线，每条金属折线的两侧折线段与中间折线段平行，相邻的金属折线正交放置。通过改变四条金属折线的尺寸参数，单元能在不同的频段分别实现反射波的相位调制和幅度调控。该超表面单元在左旋极化电磁波的入射下，在13.5GHz频点处能够实现不同相位的左旋极化反射波；而在16.5GHz处，单元可以反射出旋向相反的右旋极化电磁波，且能对反射波的幅度调控。
A reflective hypersurface element with circular polarization
【技术实现步骤摘要】
一种具有圆极化双功能的反射式超表面单元
本专利技术属于新型人工电磁材料
，特别涉及一种在微波段具有圆极化双功能的反射式超表面单元。
技术介绍
超材料是由三维复合结构以一定的方式重复排列而成，通过对复合结构的形状、尺寸以及排列方式等进行人工地设计，可赋予超材料特异的电磁特性。超表面是超材料的二维形式，其厚度远小于波长，故体积更小，损耗更低，更利于加工和集成。并且超表面同样具有奇异的电磁特性，对电磁波相位、幅值、极化方式可进行有效地调控。圆极化波是一个等幅度的瞬时旋转场，按电磁波瞬时电场矢量的传播方向分为左旋圆极化和右旋圆极化。圆极化波抗干扰性好、在雨雪中传播衰减小，因此能实现通信信号的稳定传输和接收。目前，多数的超表面单元通过设计不同的材料结构可实现相位的调制，但无法同时进行调控幅度。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种具有圆极化双功能的反射式超表面单元。在左旋极化电磁波入射下，通过控制四条金属折线的尺寸参数，在不同频段中，单元分别实现了对左旋圆极化出射的反射相位调制和右旋圆极化出射的反射幅度调控的双重功能。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种具有圆极化双功能的反射式超表面单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层、中间介质层和底层金属地；表层金属结构层包括依附于中间介质层上表面的第一金属折线，第二金属折线、第三金属折线和第四金属折线，每条金属折线的两侧折线段与中间折线段平行，相邻的金属折线正交放置。进一步的，所述基本单元的周期边长p为9-11mm，所述第一金属折线两侧折线段的长度a均为2.7-2.9mm；第二金属折线两侧折线段的长度b均为2.45-2.65mm；第三金属折线两侧折线段的长度c均为1.5-1.7mm；第四金属折线两侧折线段的长度d均为1.4-1.6mm；第一金属折线，第二金属折线、第三金属折线和第四金属折线中间折线段的长度e均为2.9-3.1mm，两侧折线段与中间折线段相连的折线段的长度f变化范围均为0-2.5mm；第一金属折线，第二金属折线、第三金属折线和第四金属折线的每段折线段的宽度w均为0.2-0.4mm，两侧折线段与单元边框的间距g均为0.3-0.5mm；中间介质层的厚度h为2.9-3.1mm，介电常数为2.05-2.45，损耗角正切为损耗角正切为-0.002-0.004。优选的，所述基本单元的周期边长p为10mm，所述第一金属折线两侧折线段的长度a均为2.8mm；第二金属折线两侧折线段的长度b均为2.55mm；第三金属折线两侧折线段的长度c均为1.6mm；第四金属折线两侧折线段的长度d均为1.5mm；第一金属折线，第二金属折线、第三金属折线和第四金属折线中间折线段的长度e均为3.0mm，两侧折线段与中间折线段相连的折线段的长度f变化范围均为0-2.4mm；第一金属折线，第二金属折线、第三金属折线和第四金属折线的每段折线段的宽度w均为0.3mm，两侧折线段与单元边框的间距g均为0.4mm；中间介质层的厚度h为3.0mm。所述超表面基本单元共有10种基本状态，通过改变第一金属折线，第二金属折线、第三金属折线和第四金属折线的两侧折线段与中间折线段相连的折线段的长度f，在左旋圆极化入射波的照射下，基本单元在13.5GHz频点附近可进行左旋圆极化入射至左旋圆极化反射的相位调控，相位范围达到350°，同时在16.5GHz附近可进行左旋圆极化入射至右旋圆极化反射的幅度控制。进一步的，10种基本单元的工作状态分别对应第一金属折线，第二金属折线、第三金属折线和第四金属折线的两侧折线段与中间折线段相连的折线段的长度f=0.0mm、f=0.4mm、f=0.6mm、f=0.8mm、f=1.0mm、f=1.2mm、f=1.5mm、f=1.6mm、f=1.9mm和f=2.4mm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术利用特定的金属形状，在两个频率范围内，可分别实现出射左线圆极化波和右旋圆极化波。2.本专利技术通过变化金属折线的尺寸参数，实现了较宽的反射相位响应范围，以及反射幅度的调控。3.本专利技术加工简单，便于实现，仅依靠简单的金属图样，在微波频段内易于制备加工。附图说明图1是本专利技术中基本单元的正面结构示意图；图2是本专利技术中基本单元的截面结构示意图；其中：1-表层金属结构，11-第一金属折线，12-第二金属折线，13-第三金属折线，14-第四金属折线，2-中间介质层，3-底层金属地；p为基本单元的周期边长，a为第一金属折线两侧折线段的长度，b为第二金属折线两侧折线段的长度，c为第三金属折线两侧折线段的长度，d为第四金属折线两侧折线段的长度，e为金属折线中间折线段的长度，f为金属折线两侧折线段与中间折线段相连的折线段的长度，w为金属折线的每段折线段的宽度，g为金属折线的两侧折线段与单元边框的间距，h为中间介质层的厚度；图3是本专利技术中基本单元的仿真结果，其中：图3（a）和3（b）为左旋极化入射-左旋极化出射的反射相位和幅度响应；图3（c）和3（d）为左旋极化入射-右旋极化出射的反射相位和幅度响应。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1-2所示，一种具有圆极化双功能的反射式超表面单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层1、中间介质层2和底层金属地3；表层金属结构层包括依附于中间介质层2上表面的第一金属折线11，第二金属折线12、第三金属折线13和第四金属折线14，每条金属折线的两侧折线段与中间折线段平行，相邻的金属折线正交放置。所述基本单元的周期边长p为9-11mm，所述第一金属折线11两侧折线段的长度a均为2.7-2.9mm；第二金属折线12两侧折线段的长度b均为2.45-2.65mm；第三金属折线13两侧折线段的长度c均为1.5-1.7mm；第四金属折线14两侧折线段的长度d均为1.4-1.6mm；第一金属折线11，第二金属折线12、第三金属折线13和第四金属折线14中间折线段的长度e均为2.9-3.1mm，两侧折线段与中间折线段相连的折线段的长度f变化范围均为0-2.5mm；第一金属折线11，第二金属折线12、第三金属折线13和第四金属折线14的每段折线段的宽度w均为0.2-0.4mm，两侧折线段与单元边框的间距g均为0.3-0.5mm；中间介质层2的厚度h为2.9-3.1mm，介电常数为2.05-2.45，损耗角正切为损耗角正切为-0.002-0.004。作为一个优选方案，所述基本单元的周期边长p为10mm，所述第一金属折线11两侧折线段的长度a均为2.8mm；第二金属折线12两侧折线段的长度b均为2.55mm；第三金属折线13两侧折线段的长度c均为1.6mm；第四金属折线14两侧折线段的长度d均为1.5mm；第一金属折线11，第二金属折线12、第三金属折线13和第四金属折线14中间折线段的长度e均为3.0mm，两侧折线段与中间折线段相连的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有圆极化双功能的反射式超表面单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层（1）、中间介质层（2）和底层金属地（3）；表层金属结构层包括依附于中间介质层（2）上表面的第一金属折线（11），第二金属折线（12）、第三金属折线（13）和第四金属折线（14），每条金属折线的两侧折线段与中间折线段平行，相邻的金属折线正交放置。/n
【技术特征摘要】
1.一种具有圆极化双功能的反射式超表面单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层（1）、中间介质层（2）和底层金属地（3）；表层金属结构层包括依附于中间介质层（2）上表面的第一金属折线（11），第二金属折线（12）、第三金属折线（13）和第四金属折线（14），每条金属折线的两侧折线段与中间折线段平行，相邻的金属折线正交放置。
2.根据权利要求1所述的基本单，其特征在于：所述基本单元的周期边长p为9-11mm，所述第一金属折线（11）两侧折线段的长度a均为2.7-2.9mm；第二金属折线（12）两侧折线段的长度b均为2.45-2.65mm；第三金属折线（13）两侧折线段的长度c均为1.5-1.7mm；第四金属折线（14）两侧折线段的长度d均为1.4-1.6mm；第一金属折线（11），第二金属折线（12）、第三金属折线（13）和第四金属折线（14）中间折线段的长度e均为2.9-3.1mm，两侧折线段与中间折线段相连的折线段的长度f变化范围均为0-2.5mm；第一金属折线（11），第二金属折线（12）、第三金属折线（13）和第四金属折线（14）的每段折线段的宽度w均为0.2-0.4mm，两侧折线段与单元边框的间距g均为0.3-0.5mm；中间介质层（2）的厚度h为2.9-3.1mm，介电常数为2.05-2.45，损耗角正切为损耗角正切为-0.002-0.004。
3.根据权利要求1所述的基本单，其特征在于：所述基本单元的周期边长p为10mm，所述第一金属折线（11）两侧折线段的长度a均为2.8mm；第二金属折线...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，
申请(专利权)人：杭州灵芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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