[发明专利]一种基于超表面的近场表面波高效率远场定向辐射耦合器

权利要求书

1.一种基于超表面的近场表面波高效率远场定向辐射耦合器，简称SW-PW耦合器，超表面的近场表面波为TM模式的表面波，其特征在于，由电磁几何相位超表面区域和表面波本征区域拼接组成；其中，所述超表面区域由一系列超表面原胞周期延拓排列组成；其延拓方式为：六个超表面原胞依次逆时针旋转30度、并沿x方向周期性延拓，即六个超表面原胞逆时针旋转角度分别为：0度、30度、60度、90度、120度、150度，形成一行；然后，将该行超表面原胞沿着y方向进行周期性平移延拓，形成由超表面原胞组成子阵列；最后，将该子阵列沿x方向周期性平移延拓；所述表面波本征区域是由本征原胞沿x方向和y方向周期性平移延拓得到；这里，所述超表面原胞为“H”型金属微结构-介质薄膜-金属薄层的三层结构，即上层是“H”型金属微结构，中间是介质薄膜，底部是金属薄层；所述本征原胞为超表面原胞中去掉上层“H”型金属微结构，即为由介质薄膜、金属薄膜组成的双层结构；本征区域用于支持表面波无损耗传输；超表面原胞与本征原胞的尺寸相同，均为正方形；所述超表面原胞旋转角度，是指“H”型金属微结构中的中间横杠方向与Y方向的夹角；

本征区域在y方向与超表面区域y方向尺寸相同；

表面波沿着x轴传播，从表面波本征区域入射到电磁几何相位超表面区域；

通过改变超表面梯度大小调控远场辐射方向；通过改变所有超表面单元的旋转序，调控远场圆偏振态；通过改变表面波入射方向调控远场偏振态；

超表面原胞中，第一层是“H”型的金属铜，厚度为0.1mm，其结构参数分别为：“H”字型的两侧短杆长度为2.0mm，中间长杠长度为3.5mm，线宽为0.3mm；第二层为各向同性的均匀介质，其相对介电常数为3，相对磁导率为1，相对电导率为0，厚度为2.0mm，大小为4.8mm×4.8mm；第三层为完整的金属层，厚度为0.1mm；人工超构单元周期为4.8mm；

梯度大小为ξ＝0.86k₀。

2.根据权利要求1所述的基于超表面的近场表面波高效率远场定向辐射耦合器，其特征在于，TM模式的表面波包括：表面等离激元或人工表面等离激元。

3.根据权利要求1所述的基于超表面的近场表面波高效率远场定向辐射耦合器，其特征在于，所述本征原胞的双层结构与超表面原胞中第二层、第三层的材料和尺寸相同。