[发明专利]一种用于四通道全息成像的单层编码超表面单元

说明书

一种用于四通道全息成像的单层编码超表面单元，涉及电磁结构技术领域。本发明是为了解决现有超表面复杂度高、电磁资源浪费、仅能实现双功能，不利于电磁设备的功能多样化发展的问题。本发明所述的一种用于四通道全息成像的单层编码超表面单元，包括依次层叠设置的顶层、介质层和底层，顶层为中心开有圆孔的矩形金属片，圆孔中设有两个与其同心嵌套的裂环谐振器，底层包括圆形金属片和“C”形金属环，圆形金属片位于“C”形金属环环内，且二者同心设置，底层中圆形金属片的圆心和顶层中圆孔的圆心相互正对。本发明在同一编码超表面中实现了四个不同图像的电磁重构，适用于多通道信息处理和多功能成像系统中。

技术领域

本发明属于电磁结构技术领域，尤其涉及编码超表面。

背景技术

自全息术被发明以来，以其优良的记录和再现目标信息的能力成为了完美再现物体三维图像的最有前途的技术。超表面的出现为亚波长尺度的全息图成像提供了一种新的媒介。以小型化和高集成化为目标的多通道超表面全息技术也越来越受到重视，并成为了目前超表面全息的研究热点。近年来，有许多多功能超表面全息技术被提出，并取得了巨大的成功。然而，超表面全息技术大多数仅在反射模式或透射模式下实现全息成像。比如：2020年提出的一种可以提供两个不同信息通道的双频带2位反射式超表面全息图，其编码单元包含两层矩形金属谐振器、两层介质基板和一层金属接地层。该超表面能够同时在低频和高频工作区域呈现“H”和“V”两个不同的图像。但是，以上方案仅能在反射空间实现双通道的全息成像，这造成了传输空间中电磁波资源的浪费。因此，为了满足对多功能和高速电磁设备日益增长的需求、提高电磁波资源利用率，将传输和反射电磁波的操纵功能集成到单个设备中，从而在全空间实现多功能超表面全息是十分必要和有意义的。

2021年提出了一种单层偏振相关的透射和反射集成式超表面，其数字编码单元由一个十字形介质基板和一对印刷在介质基板上的金属贴片组成。该超表面可以在两个正交的线偏振状态下，分别在传输和反射区域获得两个独立的焦点。

尽管多功能超表面全息已经取得了很大成就，但是在全空间实现多功能数字编码超表面全息仍然有很大的发展空间，如：目前关于全空间超表面全息的大部分报道仅能实现双功能，这不利于电磁设备的功能多样化发展。因此，为了降低设备复杂度，避免电磁资源浪费，研究一种高性能、单层、多功能(两个以上通道)的透射-反射集成式超表面具有重要意义。

发明内容

本发明是为了解决现有超表面复杂度高、电磁资源浪费、仅能实现双功能，不利于电磁设备的功能多样化发展的问题，现提供一种用于四通道全息成像的单层编码超表面单元。

一种用于四通道全息成像的单层编码超表面单元，包括依次层叠设置的顶层、介质层2和底层，顶层为中心开有圆孔的矩形金属片1-1，圆孔中设有两个与其同心嵌套的裂环谐振器1-2，底层包括圆形金属片3-1和“C”形金属环3-2，圆形金属片3-1位于“C”形金属环3-2环内，且二者同心设置，底层中圆形金属片3-1的圆心和顶层中圆孔的圆心相互正对。

进一步的，上述裂环谐振器1-2为圆环形金属片，该圆环形金属片上设有镜像对称的两个开口，两个裂环谐振器1-2上的开口中轴线相互垂直。

进一步的，上述介质层2为边长12mm的正方形介质基板，介质层2的相对介电常数ε_r＝2.2，损耗角δ的正切值tanδ＝0.001，厚度h＝2mm。

进一步的，上述顶层和底层均为铜片，铜片厚度为0.018mm、导电率为5.8×10⁷Sm^-1。

进一步的，上述顶层中心的圆孔半径r₁＝5.7mm，圆环形金属片的环宽w＝0.5mm。

进一步的，上述圆形金属片3-1的半径r₄＝5.1mm，“C”形金属环3-2的外径r₅＝5.7mm。