[实用新型]一种四频段相位独立调控透射型超表面单元

说明书

本实用新型公开了一种四频段相位独立调控透射型超表面单元，所述超表面单元由两个双C型槽谐振器，两个双C型开口环谐振器和介质板组成，双C型槽谐振器和双C型开口环谐振器交错分布，以避免谐振器之间的耦合和串扰。每个谐振器都有对应的频率，分别是8GHz，9.5GHz，11GHz和13.5GHz，通过适当的调整谐振器的旋转角度，在每一个频点处都可实现2π相位覆盖，并且将圆偏振入射波在四个预先设计的波长处折射为其交叉偏振分量。本实用新型提出的四频段相位独立调控超表面在每个频点处的透射幅度基本相同，具有良好的工作性能，该结构紧凑，便于集成，在无线通信领域有广阔的前景。

技术领域

本实用新型属于具有特殊性质的人工超材料领域，具体涉及一种四频段相位独立调控透射型超表面单元及其设计方法。

背景技术

超材料是典型的基于亚波长结构（也称人工原子或超原子，meta-atom）构建的人工材料。其利用所设计亚波长结构的奇异电磁响应可实现自然界不存在的电磁参数或电磁性能。为了解决块状超材料的的三维加工和金属损耗问题，研究人员提出了电磁超表面，即三维超材料的二维形式。超表面在保留了传统超材料独特电磁特性的基础上，兼具了厚度薄、易加工等优势，在轻量化平面成像、电磁吸收和虚拟赋形、大视场全息等诸多领域具有广泛应用。

与传播相位调制（通常用于线极化）相比，基于几何相位调制（通常用于圆极化）的超表面备受青睐，其最大优势在于相位调控是宽带消色差的，在不同波长下产生的突变相位是恒定的，因此器件可宽带工作。当圆偏振电磁波入射到超表面，与结构相互作用后透过的电磁波除了含有主偏振电磁波外，还会激发具有正交偏振态的电磁波，且正交偏振态电磁波携带了2σθ的附加几何相位。

随着现代集成系统的迅速发展，为了满足光学集成、多功能探测和多光谱分析的发展，在许多应用中都需要多功能设备，即在不同的操作频带实现不同功能。目前公开文献报道的多频段的单元，主要依靠在正交方向上调节亚波长结构的线极化，且大多数单元工作在双频。到目前为止没有在透射模式下的四频段圆极化独立调控单元被证明。本发明公开的四频段独立调控透射型超表面单元引入几何相位，可以产生四个圆极化工作频点，它们之间互不干扰，可以独立调控每一个频点的相位，具有集成度高、体积小、效率高、信息容量高等特点，在现在通信技术中具有很大的优势。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供的一种四频段相位独立调控透射型超表面单元，本实用新型由表层金属结构层和底层介质板层构成，采用在表层金属结构层上刻蚀镂空的图案分别构成第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器及第四谐振器；本实用新型在圆极化波入射下能够产生四个不同的工作频点，每个频点的单元相位可以独立调整，通过旋转四个谐振器的方位角，在对应的频点处实现0-360°相位调控范围且透射效率基本相同，工作性能良好。

实现本实用新型目的的具体技术方案是：

一种四频段相位独立调控透射型超表面单元，其特点包括表层金属结构层和底层介质板层；

所述底层介质板层为正方形的板状件，表层金属结构层镀涂在底层介质板层的正面；

设表层金属结构层的形心为O点，在O点上设有直角坐标X轴及Y轴，并以O点为圆心由大到小依次设有第一环线、第二环线、第三环线和第四环线，其中，第一环线的外侧构成第一谐振器，第一环线及第二环线之间构成第二谐振器，第二环线及第三环线之间构成第三谐振器，第三环线及第四环线之间构成第四谐振器；

第一谐振器上刻蚀有镂空的两个C型的半圆环，两个C型的半圆环的切向之间保留有一对不被刻蚀的第一外接杆，一对第一外接杆上设有过O点的第一连线；

第二谐振器上刻蚀有镂空的两个直径不等的圆环，两个圆环的径向之间刻蚀有一对镂空的贯通槽，两个贯通槽上设有过O点的第二连线；

第三谐振器上刻蚀有镂空的两个C型的半圆环，两个C型的半圆环的切向之间保留有一对不被刻蚀的第二外接杆，一对第二外接杆上设有过O点的第三连线；