[发明专利]一种时域超材料

说明书

本发明公开了一种时域超材料，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串接的两个矩形贴片，第二层为介质基板，第三层为馈电网络层，馈电网络层的正负极通过介质基板内的金属化通孔分别连接变容二极管两端的矩形贴片，第四层为超薄绝缘层，第五层为金属背板。本发明能够实现调控电磁波的频谱，实现速度隐身，以及用于载波调制构建新框架的通信系统。

技术领域

本发明涉及新型人工电磁材料技术领域，尤其是一种时域超材料。

背景技术

传统超材料可通过设计其单元特性以及空间排布，控制电磁波的极化、强度、相位等参数，实现电磁能量的偏折、聚焦、吸波、能量杂散等功能，可用于天线、成像、隐身等领域。然而，传统超材料主要关注电磁能量的空域特性，属于互易、非线性器件。自由空间电磁波空域特性的调控技术相对已十分成熟，而时域特性技术研究几乎没有。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种时域超材料，能够实现调控电磁波的频谱，实现速度隐身，以及用于载波调制构建新框架的通信系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种时域超材料，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，第四层为超薄绝缘层6，第五层为金属背板7。

优选的，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。

优选的，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)；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：