[发明专利]一种集成三维凸起顶层结构的超构表面

说明书

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。

技术领域

本发明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、超表面技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，可以有效解决上述背景技术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，本发明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。