[发明专利]用于电磁波相位调控的任意二维准线柱面石墨烯超表面

说明书

本发明提出了用于电磁波相位调控的任意二维准线柱面石墨烯超表面，旨在保证电磁调控效果的同时，实现形状可弯曲为任意柱面和相位控制可电调的特性，包括柔性基板、印制在柔性基板一个侧面上的周期性排布的石墨烯贴片和另一侧面上的接地板，形成由形状任意的二维曲线作为准线，沿与该二维曲线所在平面垂直的一个方向平移铺展而成的柱面结构，通过控制石墨烯贴片的费米能级，实现对入射电磁波的相位调整。本发明可弯曲贴附于任意柱面安装表面，使得超表面的应用更加灵活，石墨烯超表面的电调特性，使得电磁波的相位调控更加方便，可用于波束扫描反射面天线和任意角度定向回波散射表面等领域。

技术领域

本发明属于电磁波相位调控技术领域，涉及一种石墨烯超表面，具体涉及一种电磁波相位调控的任意二维准线柱面石墨烯超表面，可用于波束扫描反射面天线和任意角度定向回波散射表面等领域。

技术背景

石墨烯作为一种二维平面碳结构，具有良好的导电率以及柔韧性，其电磁参数可通过费米能级进行控制。电磁超表面是一种二维形式的超材料，具有独特的电磁特性，按超表面对电磁波的主要作用效果，可划分为幅度调控和相位调控，幅度调控主要利用超表面与电磁波相互作用表现出的明显通带或阻带实现空间滤波特性，相位调控则利用相位突变思想，对电磁波激发和传输的实现灵活的控制，现有超表面多是基于不同贴片的金属微带结构，将石墨烯应用于超表面，能实现超表面可电调的特性，例如，申请公布号为CN10481575A，名称为“一种基于石墨烯的太赫兹器件”的专利申请，公开了一种石墨烯的调谐器件，由衬底、绝缘介质层和开口谐振环结构石墨烯层组成，绝缘介质层平行设置在衬底的上表面，开口谐振环结构石墨烯层平行设置在绝缘介质层的上表面的中间位置，通过控制石墨烯的费米能级，改变可调谐器件的电磁波透过率。但现有石墨烯超表面的应用仅局限于对电磁波实现幅度调控，结构上要求为平面结构，对于实现电磁波相位控制可电调的曲面结构超表面并未涉及。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了一种用于电磁波相位调控的任意二维准线柱面石墨烯超表面，旨在保证电磁调控效果的同时，实现形状可弯曲为任意柱面和相位控制可电调的特性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

用于电磁波相位调控的任意二维准线柱面石墨烯超表面，其特征在于，包括柔性基板1、印制在柔性基板1一个侧面上的周期性排布的石墨烯贴片2和另一侧面上的接地板3，形成由形状任意的二维曲线作为准线，沿与该二维曲线所在平面垂直的一个方向平移铺展而成的柱面结构，所述石墨烯贴片2，采用正方形结构，由其中心所处的位置确定所需实现的相移Φ，并通过控制费米能级，实现对入射电磁波的相位调整。

上述用于电磁波相位调控的任意二维准线柱面石墨烯超表面，所述准线为任意二维曲线的柱面结构，其弯曲特性由位于xoy二维平面内的柱面准线c(t)表征：c(t)＝(x(t),y(t),0)，其中x(t)为准线的x的坐标函数，y(t)为准线的x的坐标函数，t为参数。

上述用于电磁波相位调控的任意二维准线柱面石墨烯超表面，所述接地板3采用良导体。

上述用于电磁波相位调控的任意二维准线柱面石墨烯超表面，所述周期性排布的石墨烯贴片2，其每一列中的贴片所需要实现的相移Φ相等，相移Φ的确定方式为：

其中，x_n和y_n分别为第n列石墨烯贴片2中心点的x坐标和y坐标，为入射波波矢x分量，为入射波波矢y分量，为反射波波矢x分量，为反射波波矢y分量，入射波波矢和反射波波矢均仅存在x分量和y分量。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明采用柔性材质作为基板，对每一个石墨烯贴片所需实现的相移进行了校准设计，使得超表面在保证电磁调控效果的同时能与任意柱面安装面弯曲共形，得超表面的应用更加灵活。