本技术介绍了一种共面偏置线设计的可重构超表面结构,属于人工电磁材料设计技术领域。该结构通过将多个金属贴片连接形成不规则金属形状,并结合两个不规则形状的金属结构,实现了超表面的可重构性。
背景技术
超表面是由诸多人工微结构周期性或非周期性排列组成的二维超薄平面超材料,能够以更高的自由度操纵电磁波,实现微波或光学器件小型化的目的;通过对单元结构的精心设计,超表面可以以亚波长分辨率调制振幅、相位、极化和传播方式等参数,并在波长范围内完成波前整形;能实现吸收、超透镜、隐形和全息成像,以取代传统的微波和光学器件;近些年来,一些多功能超表面的提出,满足了实际中元器件对高集成度的要求,受到研究者的广泛关注,而动态超表面的提出在时间维度上进一步拓展功能;目前,一些控制方法被应用于动态超表面,包括温度控制、光控制、电气控制等;而电气控制是实现动态超表面的最常用方法,主要利用电压偏置快速方便地改变超表面单元的电磁响应;PIN二极管或变容管是可重构超表面设计中常用的电子元器件。
具体研究中,在编码超表面中引入PIN二极管来调制反射器的RCS;二极管的通断状态正好对应于0和1状态,可用于设计1比特编码超表面;基于1比特相位调制,通过构造不同的编码序列,可以实现散射、全息、波束偏折等功能;进一步优化二极管的数量和位置,可以设计出更多的编码模式,如2比特甚至多比特编码,从而实现更丰富的电磁功能;但PIN二极管的通断状态缺乏连续性,限制了功能设计,因此将变容二极管集成在超表面中扩展电磁功能。
但随着功能的越来越丰富,超表面的外部电路和元器件,如金属化孔和偏置线,也变得越来越复杂,这大大阻碍了超表面的大规模设计,使得超表面的控制性能大幅降低,难以实现动态操纵电磁波的电磁响应。
实现思路