[发明专利]一种时域超材料

权利要求书

1.一种时域超材料，其特征在于，包括：n个亚波长尺寸的可调单元，n个亚波长尺寸的可调单元依次排列；可调单元从上至下依次包含5层，第一层为由变容二极管(2)串接的两个矩形贴片(1)，第二层为介质基板(3)，第三层为馈电网络层(5)，馈电网络层(5)的正负极通过介质基板(3)内的金属化通孔(4)分别连接变容二极管(2)两端的矩形贴片(1)，第四层为超薄绝缘层(6)，第五层为金属背板(7)，时域超材料通过外加偏置电压控制其反射系数Γ，采用控制器件产生时变信号，实现时变反射系数Γ(t)。

2.如权利要求1所述的时域超材料，其特征在于，调节可调单元的时域特性实现空间波频谱的调制，调控方式分为时域幅度调制、时域相位调制和时域幅相同调。

3.如权利要求1所述的时域超材料，其特征在于，将时域超材料分割成不同的区域，不同的区域采用不同的时间控制序列进行调控，实现空间波频谱和远场方向图的同时调控。

4.如权利要求1所述的时域超材料，其特征在于，当入射波E_i(t)入射到该表面时，反射波可表示为E_r(t)＝E_i(t)·Γ(t)；

采用周期性数字调制方式控制反射系数Γ(t)，假设周期时间为T，一个周期内序列长度为M，每一个码元所占时间为τ＝T/M，则一个周期内的反射系数可表示为：

其中，Γ_m为第m个码元的反射系数；g(t)为周期性脉冲函数，单个周期内可表示为

周期性变化的反射系数可采用傅里叶级数表示为：

其傅里叶变换为：

其中f₀＝1/T，为反射系数的重复频率；δ(f)为单位冲激函数；a_k为第k阶谐波的傅里叶级数，可表示为：

其中，TF为时间因子，UF为单元因子；

UF表征单个脉冲g(t)的频谱特性；TF与Γ_m有关，表征时域编码对频谱的影响；

当入射波入射到时域超材料时，入射波与反射系数的乘积得到反射波：

E_r(t)＝E_i(t)·Γ(t) (7)

其频谱可采用卷积的方式表示：

可进一步表示为：

对于传统器件，反射系数是时不变的，故只存在a₀项，不会出现谐波项；而对于时域超材料，由于反射系数是时变的，所以存在高阶傅里叶级数项，因而可产生非线性特性，可调节频谱。