[发明专利]一种针对表面波的可重构功率依赖吸波超表面

说明书

本发明公开了一种针对表面波的可重构功率依赖吸波超表面，包括电可调单元阵列和表面波强度集中感应控制模块；电可调单元阵列由若干个电可调单元构成，对横磁模表面波的色散特性和吸波效率随直流控制电压变化；表面波强度集中感应控制模块用于感知横磁模表面波强度，并根据强度信息向吸波阵列输出直流电压信号，使吸波率随表面波强度的增大而提高。与现有功率依赖表面波吸波器相比，具有更宽的工作频带和更大的吸波率变化范围。得益于有源控制机制，该超表面具有可重构特性，表现在动态范围和吸波率变化范围的灵活设计以及功率依赖特性的实时开关。因而能够作为可定制化表面波吸波器，实现对强表面波能量的屏蔽，同时保护有用小信号的传输。

技术领域

本发明属于新型人工超表面阵列技术领域，尤其涉及一种针对表面波的可重构功率依赖吸波超表面。

背景技术

表面电磁波广泛存在于两个不同介质的分界面上，其特点是沿着分界面传播，并且场强在垂直于分界面方向上呈现指数衰减。表面波和空间波易于相互激励，而且表面波是造成邻近电磁设备之间互耦的主要原因，因此人们希望对表面波进行有效操控。近年来，研究者们提出了各类操控表面波的器件，例如软硬表面、高阻抗表面、张量阻抗表面等，各类表面波漏波天线也见诸报道；为了减小因表面波导致的互耦或干扰现象，人们也研发了各类表面波屏蔽材料。

传统的表面波屏蔽可以通过使用高阻抗表面、波纹表面等器件实现，它们将电磁波反射或者散射到表面的其他方向上；还可以通过表面波吸波器将电磁能量转化为热能，从而表现出表面波屏蔽特性。在高功率表面波屏蔽场景中，人们希望阻止高功率表面波的传播，从而避免其经孔缝渗透进入电子系统内部而干扰或毁伤精密的电子器件，同时又不希望有用的、低强度的表面波被屏蔽或吸收。然而，现有大部分表面波器件的性能固定不变，无法自主区分有用的小信号和不必要的高功率波，因而无法满足上述需求。

由于非线性超表面的迅速发展，具有功率依赖特性的频率选择表面(power-dependent frequency-selective surface，PDFSS)、能量选择表面(energy-selectivesurface,ESS)和表面波非线性吸波器开始出现。PDFSS和ESS通常是用于空间电磁波的屏蔽，它们可以反射高功率波，同时允许所需的小信号通过。当前，国内外已有一些学者开展了针对表面波的非线性吸波器研究，但这些功率依赖吸波器的工作带宽非常窄，有些器件甚至只能在单频点工作，而且它们随表面波功率的吸波率变化范围比较窄；它们多为无源工作机制，不具备可重构特性。性能上的不足极大地限制了这些器件的应用落地。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明提供了一种针对表面波的可重构功率依赖吸波超表面，与现有功率依赖表面波吸波器相比，具有更宽的工作频带和更大的吸波率变化范围。

本发明按以下技术方案实现：

一种针对表面波的可重构功率依赖吸波超表面，包括：

电可调单元阵列，由若干个电可调单元构成，对横磁模表面波的色散特性和吸波效率随直流控制电压变化；

表面波强度集中感应控制模块，用于感知横磁模表面波强度，并根据强度信息向吸波阵列输出直流电压信号，使吸波率随表面波强度的增大而提高。

在一些实施例中，所述电可调单元阵列由多个电可调单元呈周期排列而成；所述电可调单元为三层金属和两层介质结构，包含从上至下依次叠加放置的顶层金属、第一介质层、中间层金属、第二介质层、底层金属。

在一些实施例中，所述顶层金属包含四个金属贴片和位于四个金属贴片之间的PIN二极管；其中，四个金属贴片分别编号为金属贴片T1、金属贴片T2、金属贴片T3、金属贴片T4；中间层金属包含十字形金属导线和两个正方形金属贴片；底层金属为整面覆盖金属。