[发明专利]一种低副瓣的1-bit太赫兹液晶超表面

说明书

本发明公开一种低副瓣的1‑bit太赫兹液晶超表面，从上而下依次包括顶层石英衬底层、顶层金属层、液晶层、底层金属层和底层石英衬底层；所述顶层金属层镀膜在顶层石英衬底层的下表面上，底层金属层镀膜在底层石英层的上表面上；所述顶层金属层包括按阵列排布的超表面单元，所述超表面单元包括子单元和设置在子单元上的谐振结构。本发明降低传统1‑bit超表面的镜像波束，避免了传统液晶超表面难以实现单波束辐射的缺点；利用1‑bit控制电路简化了控制信号的设计难度以及对液晶材料相应灵敏度的要求；超表面实现最大22°的波束偏转，镜像波束的幅度相对于主波束降低了一半。

技术领域

本发明涉及一种太赫兹液晶超表面，尤其涉及一种低副瓣的1-bit太赫兹液晶超表面。

背景技术

常见的1-bit液晶数字可编程超表面，可以简单的实现对入射波束的控制，实现各种不同的反射效果。然而1-bit超表面同样存在着一些局限性，一是存在着与主波束对称的镜像波束，这样一个镜像波束由于其幅度等同于主波束，在超表面的实际使用中镜像波束会对主波束的信号产生较为明显的影响，尤其是太赫兹频段传播损耗大，外界干扰更为严重，因此传统的1-bit超表面不适用于对信号精度要求较高的雷达探测以及成像系统；二是效率不高的问题，同样是由于镜像波束的存在，根据能量守恒定律，超表面产生的主波束能量将不会超过总能量的一半，因而存在着辐射效率低下的问题。

为了解决这一问题，通常的解决方案是采用2-bit甚至更高阶的超表面，但对于液晶这一性质特殊的材料，设计2-bit超表面存在两方面的局限性：一是液晶分子通常是用方波信号来进行控制的，因此液晶分子在激活时也是处于一个不停震动的状态，而 2-bit超表面需要液晶分子能够通过4种不同幅度的方波信号实现4种不同幅度的震动状态，由于震动状态本身就不稳定，寻找能够驱动液晶分子震动且幅度可以稳定介于水平与垂直之间的某种特定状态就更为困难，因此在实际操作中可行性不高。二是对于2-bit 液晶超表面的驱动，需要4种幅度不同的方波信号可编程输出，而可编程设备FPGA只支持0和1的数字信号输出，无法满足2-bit的需求，大大限制了2-bit以及更高阶液晶超表面的可行性，限制了液晶作为超表面设计材料的应用前景。

发明内容

发明目的：本发明旨在解决现有技术的上述不足，提供一种低副瓣的1-bit太赫兹液晶超表面，解决1-bit太赫兹超表面传播损耗大，效率低的问题。

技术方案：本发明所述的低副瓣的1-bit太赫兹液晶超表面，从上而下依次包括顶层石英衬底层、顶层金属层、液晶层、底层金属层和底层石英衬底层；所述顶层金属层镀膜在顶层石英衬底层的下表面上，底层金属层镀膜在底层石英层的上表面上；所述顶层金属层包括按阵列排布的超表面单元，所述超表面单元包括子单元和设置在子单元上的谐振结构。

所述子单元为两个，两个子单元上的谐振结构谐振频率不同，由两组控制信号分别控制。

所述谐振结构包括一个矩形和一个矩形环，矩形环设置在矩形的周围，矩型和矩形环的几何中心与各自的子单元几何中心重合。

所述矩形环的宽度与矩形环跟矩形的间距相同。

所述顶层金属层包括馈线A，两组谐振结构通过馈线A联通，相邻的超表面单元通过馈线A联通。

所述底层金属层包括金属条，金属条方向与顶层金属层馈线方向相同，金属条长度与超表面单元的边长相同，金属条宽度为超表面单元边长的整数倍。

所述底层金属层为交指结构，所述交指结构分别连接馈线B和馈线C，馈线B控制阵列中每一行相同的一组谐振结构，馈线C控制阵列中每一行相同的另外一组谐振结构。

所述顶层石英层与底层石英层之间放置垫片，所述垫片与顶层石英层、底层石英层组成液晶盒，在液晶盒中灌注液晶后形成液晶层。