一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，属于太赫兹波段超材料、超表面技术领域。金属半球体的超表面结构单元，超表面结构单元包括依次设置的金属背电极、介质层以及三维金属半球结构层，介质层利用柔性材料半球形单元结构由若干金属半球体组成。三维金属半球结构拥有良好的各向同性，并且具有在太赫兹波段对于入射平面波角度不敏感特性。进一步的与通信调制编码的思想结合，通过组合设计不同尺寸的超构材料单元阵列实现编码矩阵，有效地降低RCS并实现太赫兹波束的有效调控。在0.96THz，1.5THz附近，提出两种金属半球顶层超构表面可在电磁波入射角60°以内具有良好的对入射角不敏感特性，并有效调控太赫兹波。
【技术实现步骤摘要】
一种集成三维凸起顶层结构的超构表面
本专利技术涉及一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，属于太赫兹波段超材料、超表面
技术介绍
超材料是亚波长人工电磁材料，可用等效介电参数如介电常数和磁导率来描述。超材料有很多特殊的性质，比如负折射率，完美成像，隐形斗篷等等，可以实现电磁波调制。其相应的二维平面结构，称为超表面，超表面由于制造起来较为简单，结构一般不过于复杂，并且其良好的调控电磁波的能力近来吸引了大量的研究，在太赫兹波段，超表面成为了调控电磁波非常重要的器件，在偏振转换，无线通信等方面已经展现出了强大的性能并且有着极大的发展潜力。编码超表面的提出，对于实现出色的色散减少非常有意义，因为它以编码序列的形式简化了一组人工设计的散射的分布。因为超表面单元图案对于电磁波的调控起着重要作用，单一二维平面结构超表面单元结构会受到其物理结构的限制，难以展现优良的太赫兹波反射、透射特性。一些关于超表面的研究通过引入各种新材料，或设计复杂的单元结构来提升超表面的调控能力。但针对超表面各种实际应用场景，对其波束转换特性提出了更高的要求，同时希望获得在太赫兹波段鲁棒性更好的，不易受到各种因素干扰的太赫兹超表面单元结构，突破二维超表面结构的性能，获得更好的波束调控能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，一种在太赫兹具有优良的波束各向同性调控特性的集成三维凸起顶层结构的超构表面，利用超表面对于电磁波优良的调控能力，在二维结构的基础上，设计半球形金属三维凸起单元结构，并由此组成超表面阵列结构，验证其具有良好的各向同性，可以有效解决上述
技术介绍
中存在的太赫兹通信的关键器件的对于电磁波条件要求苛刻问题，太赫兹波难以调控问题等无法满足现代通信技术发展需求的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，其特征在于为金属半球体的超表面晶胞单元，超表面晶胞单元包括依次设置的金属背电极、介质层以及三维金属半球结构层，介质层利用柔性材料半球形单元结构由若干金属半球体组成。介质层为二维介质材料层，金属半球体为弧形三维的实心金属半球体或者空心金属半球体。超表面结构单元为亚波长阵列单元结构。三维金属半球结构层由金，铜等金属材料制成。二维介质材料层厚度为15-30μm。三维金属半球结构的厚度为0.2-0.3μm。金属背电极由金属材料制成，金属背电极结构的厚度为0.2-0.3μm。金属材料为金、铜、铂或者铝。二维介质材料层由二氧化硅、硅、聚酰亚胺或硅橡胶制成，金属半球体为空心金属半球结构的厚度为0.2-0.3μm。二维介质材料层的厚度为15-30μm。本专利技术有益效果：三维半球金属结构层作为超表面顶层图案，具有超高的各向同性，在面对不同角度的太赫兹波入射时，能够保持优良的对角度不敏感性；单元组成的阵列超表面具有良好的电磁波操控能力，有效地减小RCS,在太赫兹波范围内，在0.95-0.98THz的波段，实心半球顶层结构可以实现一位编码单元电磁波垂直入射到入射角60°范围进行有效的波束调控，在1.50-1.52THz的波段，空心半球顶层结构可以实现一位编码单元电磁波垂直入射到入射角60°范围进行有效的波束调控。在0.857THz，可以实现两位编码单元在电磁波入射角有垂直入射到30°范围内对电磁波进行角度不敏的调控。本专利技术三维金属半球结构拥有良好的各向同性，并且具有在太赫兹波段对于入射平面波角度不敏感特性。进一步的与通信调制编码的思想结合，通过组合设计不同尺寸的超构材料单元阵列实现编码矩阵，有效地降低RCS并实现太赫兹波束的有效调控。在0.96THz，1.5THz附近，提出两种金属半球顶层超构表面可在电磁波入射角60°以内具有良好的对入射角不敏感特性，并有效调控太赫兹波。本专利技术结构简单，可批量制备易于集成的三维半球状超表面阵列单元，具有对太赫兹波入射角度不敏感的优良特性，在太赫兹波调制和超宽带通讯领域具有广阔的应用前景。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述的一种集成三维凸起顶层结构的超构表面的示意图。图2为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面单元纵向结构剖面图。图3为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面在电磁波垂直入射下的反射幅度示意图。图4为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面在电磁波垂直入射下的反射相位示意图。图5为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面在电磁波入射角为45°时反射幅度示意图。图6为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面在电磁波入射角为45°时反射相位示意图。图7为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面在电磁波入射角为60°时反射幅度示意图。图8为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面在电磁波入射角为60°时反射相位示意图。图9为本专利技术实施例2所述的顶层图案为空心金属半球体的1位编码超表面单元纵向结构剖面图。图10为本专利技术实施例2所述的顶层图案为空心金属半球体的1位编码超表面在电磁波垂直入射下的反射幅度示意图。图11为本专利技术实施例2所述的顶层图案为空心金属半球体的1位编码超表面在电磁波垂直入射下的反射相位示意图。图12为本专利技术实施例2所述的顶层图案为空心金属半球体的1位编码超表面在电磁波入射角为45°时反射幅度示意图。图13为本专利技术实施例2所述的顶层图案为空心金属半球体的1位编码超表面在电磁波入射角为45°时反射相位示意图。图14为本专利技术实施例2所述的顶层图案为空心金属半球体的1位编码超表面在电磁波入射角为60°时反射幅度示意图。图15为本专利技术实施例2所述的顶层图案为空心金属半球体的1位编码超表面在电磁波入射角为60°时反射相位示意图。图16为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面编码阵列示意图。图17为本专利技术实施例3所述的顶层图案为实心金属半球体的2位编码超表面在电磁波垂直入射时反射相位示意图。图18为本专利技术实施例3所述的顶层图案为实心金属半球体的2位编码超表面在电磁波入射角为30°时反射相位示意图。图19为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面阵列在电磁波垂直入射时的远场图。图20为本专利技术实施例1所述的顶层图案为实心金属半球体的1位编码超表面阵列在电磁波入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，其特征在于为金属半球体的超表面结构单元，超表面结构单元包括依次设置的金属背电极、介质层以及三维金属半球结构层，介质层利用柔性材料半球形单元结构由若干金属半球体组成。/n
【技术特征摘要】
1.一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，其特征在于为金属半球体的超表面结构单元，超表面结构单元包括依次设置的金属背电极、介质层以及三维金属半球结构层，介质层利用柔性材料半球形单元结构由若干金属半球体组成。
2.根据权利要求1所述的一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，其特征在于介质层为二维介质材料层，金属半球体为弧形三维的实心金属半球体或者空心金属半球体。
3.根据权利要求1所述的一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，其特征在于超表面结构单元为亚波长阵列单元结构。
4.根据权利要求1所述的一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，其特征在于三维金属半球结构层由金，铜等金属材料制成。
5.根据权利要求2所述的一种集成三维凸起顶层结构的超构表面，其特征在于二维介质材料层厚度为15-3...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈国斌，李修函，王宝龙，许巍，杨甲一，刘斯达，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。