[发明专利]一种用于灵活操控无衍射表面波的可重构超表面

权利要求书

1.一种用于灵活操控无衍射表面波的可重构超表面，其特征在于，包括:沿表面波的传播方向依次设置在介质板(16)上的第一无源梯度折射率阻抗匹配单元阵列(1)、无源梯度折射率单元阵列(2)、第二无源梯度折射率阻抗匹配单元阵列(3)、第一常数折射率阻抗匹配单元阵列(4)、电可调单元阵列(9)以及第二常数折射率阻抗匹配单元阵列(7)；

所述无源梯度折射率单元阵列(2)，用于将表面波源激发的横磁表面波的柱面波前变换为平面波前；

所述电可调单元阵列(9)，用于将横磁表面波的平面波前变换为无衍射波束，并在能够直流电压模块(15)输出的直流电压作用下实时改变折射率分布，从而动态切换无衍射表面波波束的方向和无衍射距离；

所述第一无源梯度折射率阻抗匹配单元阵列(1)用于抑制无源梯度折射率单元阵列(2)与介质板(16)的无单元部分之间的反射；

所述第二无源梯度折射率阻抗匹配单元阵列(3)用于抑制无源梯度折射率单元阵列(2)与第一常数折射率阻抗匹配单元阵列(4)之间的反射；

所述第一常数折射率阻抗匹配单元阵列(4)用于抑制电可调单元阵列(9)与第二无源梯度折射率阻抗匹配单元阵列(3)之间的反射；

所述第二常数折射率阻抗匹配单元阵列(7)用于抑制电可调单元阵列(9)与介质板(16)的无单元部分之间的反射。

2.根据权利要求1所述用于灵活操控无衍射表面波的可重构超表面，其特征在于，所述可重构超表面采用印刷电路板结构，包括沿竖直方向依次设置的第一金属层(10)、第一介质层(11)、第二金属层(12)、第二介质层(13)以及第三金属层(14)；

第一无源梯度折射率阻抗匹配单元阵列(1)、无源梯度折射率单元阵列(2)、第二无源梯度折射率阻抗匹配单元阵列(3)、第一常数折射率阻抗匹配单元阵列(4)、电可调单元阵列(9)以及第二常数折射率阻抗匹配单元阵列(7)位于第二金属层(12)及以上，所述第三金属层(14)上设置有直流馈线(8)。

3.根据权利要求2所述用于灵活操控无衍射表面波的可重构超表面，其特征在于，所述电可调单元阵列(9)包括M行×N列电可调亚波长单元(6)；

所述无源梯度折射率单元阵列(2)包括P行×N列无源亚波长单元(5)；

所述第一无源梯度折射率阻抗匹配单元阵列(1)、第二无源梯度折射率阻抗匹配单元阵列(3)、所述第一常数折射率阻抗匹配单元阵列(4)和第二常数折射率阻抗匹配单元阵列(7)各包括Q行×N列无源亚波长单元(5)；

且M、N、P、Q为大于等于2的正整数。

4.根据权利要求3所述用于灵活操控无衍射表面波的可重构超表面，其特征在于，所述电可调亚波长单元(6)包括金属内环(61)、金属中环(62)、金属外环(63)、金属贴片(64)、第一金属盲孔(65)以及变容二极管(66)；

所述金属内环(61)、所述金属中环(62)以及金属外环(63)设置在第一金属层(10)上，且所述金属内环(61)通过第一金属盲孔(65)与第二金属层(12)相连接，所述第二金属层(12)通过导线与直流电压模块(15)的一极相连接，所述变容二极管(66)的一极与金属内环(61)相连接，所述变容二极管(66)的另一极与金属中环(62)相连接，所述金属中环(62)通过金属贴片(64)与金属外环(63)相连接，所述金属外环(63)通过电阻(67)与沿表面波的传播方向相邻的电可调亚波长单元的金属外环(63)相连接；

所述电可调单元阵列(9)中沿表面波的传播方向最远端的金属外环(63)通过电阻(67)与馈电贴片(41)相连接，所述馈电贴片(41)通过馈电金属通孔(42)与直流馈线(8)相连接，所述直流馈线(8)通过导线与直流电压模块(15)的另一极相连接。

5.根据权利要求3所述用于灵活操控无衍射表面波的可重构超表面，其特征在于，所述无源亚波长单元(5)包括正方形贴片(51)、方形环(52)以及第二金属盲孔(53)，所述正方形贴片(51)和方形环(52)设置在第一金属层(10)，所述正方形贴片(51)设置在方形环(52)内侧，且所述正方形贴片(51)的中心通过第二金属盲孔(53)与所述电可调亚波长单元(6)中变容二极管(66)负极连接的金属层相连接。