宽频梯度相位设计方法及超材料技术

本发明专利技术实施例公开了宽频梯度相位设计方法和超材料。该宽频梯度相位设计方法，应用于超材料，所述超材料包括介质基板以及在介质基板上排列成阵列的多个第一人造微结构；所述多个第一人造微结构的每一者都包括第一外框图案和嵌套在所述第一外框图案内部的至少一个内框图案，所述至少一个内框图案与第一外框图案的形状相同；所述宽频梯度相位设计方法包括：使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化；以及使所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响应。该超材料采用简化的结构设计参数以实现连续变化的相位梯度响应。

【技术实现步骤摘要】
宽频梯度相位设计方法及超材料
本专利技术涉及超材料领域，更具体地，涉及一种宽频梯度相位设计方法及超材料。
技术介绍
超材料(metamaterial)作为一种材料设计理念以及研究前沿，越来越引起人们的关注。所谓超材料，是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有特性的超常材料功能。超材料反射器是采用超材料形成反射面以反射电磁波的反射器。在超材料反射器中，可以利用关键物理尺度的变化调制相位，即使采用平板状反射面也可以获得相位梯度分布，从而对电磁波产生汇聚或分散的效果。超材料反射器包括介质基板以及位于介质基板上的多个第一人造微结构。超材料反射器的多个第一人造微结构的结构有序设计是影响电磁参数的重要因素。根据斯涅尔反射定律，超材料反射器表面的多个第一人造微结构的相位梯度可以形成额外的平行波矢分量，从而对电磁波的反射进行相位调制。如果超材料反射器表面的多个第一人造微结构的相位差按照抛物面分布，就可以将平行入射的电磁波反射并且汇聚在焦点位置上。然而，在超材料反射器的设计上还存在着挑战，不仅人造微结构的结构参数复杂，而且相位梯度连续性差。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于在超材料中采用简化的结构设计参数以实现连续性好的相位梯度响应。根据本专利技术的一方面，提供一种宽频梯度相位设计方法，应用于超材料，所述超材料包括介质基板以及在介质基板上排列成阵列的多个第一人造微结构；所述介质基板分成多个晶格，所述第一人造微结构置于所述晶格中，每个所述晶格的尺寸不变；所述多个第一人造微结构的每一者都包括第一外框图案和嵌套在所述第一外框图案内部的至少一个内框图案，所述至少一个内框图案与第一外框图案的形状相同；其特征在于，所述宽频梯度相位设计方法包括：使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化；以及使所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响应。较佳地，所述多个第一人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述宽频梯度相位设计方法还包括：使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的导电线条或镂空线槽的宽度相同；以及使所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的导电线条或镂空线槽的宽度相同。较佳地，所述超材料还包括在介质基板上排列成阵列的多个第二人造微结构，所述第二人造微结构置于所述晶格中；所述多个第二人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第二人造微结构的每一者都包括第二外框图案；所述宽频梯度相位设计方法还包括：使所述多个第二人造微结构的多个第二外框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化。较佳地，所述多个第一人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述宽频梯度相位设计方法还包括：使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的导电线条或镂空线槽的宽度逐渐变化；以及使所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的导电线条或镂空线槽的宽度逐渐变化。较佳地，所述超材料还包括在介质基板上排列成阵列的多个第二人造微结构，所述第二人造微结构置于所述晶格中；所述多个第二人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第二人造微结构的每一者都包括第二外框图案；所述宽频梯度相位设计方法还包括：使所述多个第二人造微结构的多个第二外框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度逐渐变化、且外轮廓尺寸逐渐变化。较佳地，还包括：通过设置所述第一外框图案的导电线条或镂空线槽的宽度、所述第一外框图案的外轮廓尺寸、所述内框图案的外轮廓尺寸、所述内框图案的导电线条或镂空线槽的宽度、所述内框图案的数量、所述第二外框图案的导电线条或镂空线槽的宽度、所述第二外框图案的外轮廓尺寸中的至少一个结构参数，使得所述超材料对电磁波具有连续变化的相位梯度响应。根据本专利技术的另一方面，提供一种超材料，其特征在于，包括：介质基板；以及在介质基板上排列成阵列的多个第一人造微结构；所述介质基板分成多个晶格，所述第一人造微结构置于所述晶格中，每个所述晶格的尺寸不变；其中，所述多个第一人造微结构的每一者都包括第一外框图案和嵌套在所述第一外框图案内部的至少一个内框图案，所述至少一个内框图案与第一外框图案的形状相同；所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化，并且所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响应。较佳地，所述多个第一人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度彼此相同，且外轮廓尺寸逐渐变化，并且所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响应。较佳地，还包括：在介质基板上排列成阵列的多个第二人造微结构，所述第二人造微结构置于所述晶格中；所述多个第二人造微结构的每一者都包括第二外框图案；所述多个第二人造微结构的多个第二外框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化。较佳地，所述多个第一人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度逐渐变化、且外轮廓尺寸逐渐变化，并且所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度逐渐变化、且外轮廓尺寸逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响应。较佳地，还包括：附着在介质基板上的多个第二人造微结构，所述第二人造微结构置于所述晶格中；所述多个第二人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第二人造微结构的每一者都包括第二外框图案；所述多个第二人造微结构的多个第二外框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度逐渐变化、且外轮廓尺寸逐渐变化。较佳地，所述多个第一人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，每个所述第一外框图案的导电线条或镂空线槽的宽度与每个所述内框图案的导电线条或镂空线槽的宽度相同。根据本专利技术提供的超材料，其中，多个第一人造微结构在介质基板上排列成阵列。所述多个第一人造微结构的形状和线条宽度彼此相同，只需要第一外框图案的外轮廓尺寸渐变就可以产生相位差。该超材料的多个第一人造微结构采用单一拓扑形状，可以获得连续变化的相位梯度。因此，该超材料只需要仿真单一拓扑形状和少量的结构参数，从而可以减少结构设计的难度，并且可以实现宽工作频带且相位梯度响应特性良好。在优选的实施例中，第一人造微结构包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽频梯度相位设计方法，应用于超材料，所述超材料包括介质基板以及在介质基板上排列成阵列的多个第一人造微结构；所述介质基板分成多个晶格，所述第一人造微结构置于所述晶格中，每个所述晶格的尺寸不变；所述多个第一人造微结构的每一者都包括第一外框图案和嵌套在所述第一外框图案内部的至少一个内框图案，所述至少一个内框图案与第一外框图案的形状相同；其特征在于，所述宽频梯度相位设计方法包括：/n使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化；以及/n使所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响应。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽频梯度相位设计方法，应用于超材料，所述超材料包括介质基板以及在介质基板上排列成阵列的多个第一人造微结构；所述介质基板分成多个晶格，所述第一人造微结构置于所述晶格中，每个所述晶格的尺寸不变；所述多个第一人造微结构的每一者都包括第一外框图案和嵌套在所述第一外框图案内部的至少一个内框图案，所述至少一个内框图案与第一外框图案的形状相同；其特征在于，所述宽频梯度相位设计方法包括：
使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化；以及
使所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的形状彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响应。


2.根据权利要求1所述的宽频梯度相位设计方法，其特征在于，所述多个第一人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述宽频梯度相位设计方法还包括：
使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的导电线条或镂空线槽的宽度相同；以及
使所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的导电线条或镂空线槽的宽度相同。


3.根据权利要求2所述的宽频梯度相位设计方法，其特征在于，所述超材料还包括在介质基板上排列成阵列的多个第二人造微结构，所述第二人造微结构置于所述晶格中；所述多个第二人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第二人造微结构的每一者都包括第二外框图案；所述宽频梯度相位设计方法还包括：
使所述多个第二人造微结构的多个第二外框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度彼此相同、且外轮廓尺寸逐渐变化。


4.根据权利要求1所述的宽频梯度相位设计方法，其特征在于，所述多个第一人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述宽频梯度相位设计方法还包括：
使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的导电线条或镂空线槽的宽度逐渐变化；以及
使所述多个第一人造微结构的多个所述至少一个内框图案的导电线条或镂空线槽的宽度逐渐变化。


5.根据权利要求4所述的宽频梯度相位设计方法，其特征在于，所述超材料还包括在介质基板上排列成阵列的多个第二人造微结构，所述第二人造微结构置于所述晶格中；所述多个第二人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第二人造微结构的每一者都包括第二外框图案；所述宽频梯度相位设计方法还包括：
使所述多个第二人造微结构的多个第二外框图案的形状彼此相同、导电线条或镂空线槽的宽度逐渐变化、且外轮廓尺寸逐渐变化。


6.根据权利要求3或5所述的宽频梯度相位设计方法，其特征在于，还包括：通过设置所述第一外框图案的导电线条或镂空线槽的宽度、所述第一外框图案的外轮廓尺寸、所述内框图案的外轮廓尺寸、所述内框图案的导电线条或镂空线槽的宽度、所述内框图案的数量、所述第二外...

【专利技术属性】
技术研发人员：张澎，刘若鹏，周添，赵治亚，李君哲，宫禹，王今金，叶金财，
申请(专利权)人：中国航空工业集团沈阳飞机设计研究所，深圳光启尖端技术有限责任公司，深圳光启高端装备技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21