[发明专利]用于微波段反射功能的电磁编码超材料及其基本单元

说明书

本发明公开了一种应用于微波段反射功能的电磁编码超材料及基本单元，包括了一个以上的超级子单元，所述超级子单元主要由N个基本单元结构组成；N为非零正整数；所述基本单元结构按照相应的数字编码矩阵排列在二维平面上；所述基本单元结构包括依次设置的金属铜层，介质板层(聚四氟乙烯)和全反射零透射层。本发明具有单层结构、易于加工、高效反射等优点，可用于高效控制波束偏折，实现任意入射角度与任意出射角度的完美反射。

技术领域

本发明涉及一种新型人工电磁材料，尤其涉及一种在微波段的完美反射功能的电磁编码超材料。

背景技术

新型人工电磁材料，亦称电磁超材料(Metamaterials)，是将具有特定几何形状的宏观基本单元周期/非周期性地排列，或者植入到基体材料体内(或表面)所构成的一种人工材料。电磁超材料和传统意义材料的区别在于用宏观尺寸单元代替了原来微观尺寸单元(原子或分子)。尽管二者的单元尺寸相差很大，但是它们对外加电磁波的响应都是通过基本单元谐振系统与外加电磁场的相互作用来体现的。电磁超材料从媒质的角度定义了电磁波的行为，为微波器件的设计提供了新的思路和方法。

Capasso等人在2011年提出了广义斯涅尔定律，该定理是描述超材料表面电磁特性的基本定律，考虑了电磁波在超材料表面反射或者透射时产生的相位不连续性以及随之产生的异常反射和折射行为。人们可以设计人工表面结构来人为控制这种相位不连续性，进而可以利用二维超表面调控空间传播波。达到任意控制反射波和折射波的目的。实现如涡旋波束和贝塞尔波束等，甚至可以设计随机的相位分布，使得入射波束被随机散射到各个方向，形成漫反射，从而有效降低目标的雷达散射截面积，实现隐身。

以上提到的超材料的单元对于电磁波的反射效率在一些情况下很低，为了突破这一限制以实现高反射效率的完美反射，需要设计新的单元和超材料。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种应用于微波段反射功能的电磁编码超材料及基本单元，通过设计特定的数字编码矩阵并将其对应地赋予材料中的每个基本单元，其便可在垂直入射电磁波的照射下以极高的反射效率将入射电磁波反射至不同的出射方向上。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种应用于微波段反射功能的电磁编码超材料基本单元采用的技术方案为：

该电磁编码基本单元包括层状依次设置的矩阵金属铜层，介质板层以及全反射零透射层。

所述介质板层的厚度为1.5-2.0mm，介电常数为2.0-2.5，损耗角正切为0.0008-0.001。

所述金属铜层为矩形金属铜片，其厚度为0.035mm，电导率为5.9×10^7S/m。

所述全反射零透射层由一层完整覆盖的铜构成，厚度为0.035mm，电导率为5.9×10^7 S/m。

本发明的应用于微波段的完美反射功能的电磁编码基本单元的超材料，该超材料包括一个以上并排排列的超级子单元。

所述超级子单元由N个所述基本单元并排排列所组成，N为非零正整数。

所述基本单元共有8种基本单元结构；通过调节矩形金属铜层的长边长度，得到对于每一个基本单元结构可以在正入射的线极化电磁波的照射下独立地产生八种数字态响应，这8 种数字态响应对应八种反射相位，根据八种数值态响应进而得到8个不同相位数字态编码，这8个不同相位数字态编码对应八种基本单元结构。

所述产生的八种数字态响应分别为“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”和“7”，这八种数字态响应分别对应的八种反射相位为0度，45度，90度，133度，176度，221度，269度和 302度；8个相位数字态编码为“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”和“7”，其分别表示正入射电磁波下的反射相位数字态。