[发明专利]一种基于IPMC的可重构电磁超表面结构及其设计方法

权利要求书

1.一种基于IPMC的可重构电磁超表面结构，其特征在于，可重构电磁超表面结构为IPMC材料，从上至下依次包括上层电极(1)、中间层(2)和下层电极(3)，上层电极(1)上设置有阵列单元，上层电极(1)和下层电极(3)的厚度均为10～20μm，中间层(2)的厚度为20～500μm。

2.根据权利要求1所述的基于IPMC的可重构电磁超表面结构，其特征在于，阵列单元的排布方式包括矩形阵列、环形阵列或其它周期和非周期阵列形式。

3.根据权利要求1所述的基于IPMC的可重构电磁超表面结构，其特征在于，阵列单元的特征尺寸为1～30mm，阵列单元的结构形式为悬臂梁结构、平面螺旋结构、双螺旋结构或抛物线结构。

4.根据权利要求1所述的基于IPMC的可重构电磁超表面结构，其特征在于，中间层(2)为介质薄膜，介质薄膜的介电常数为1.8～2.3，损耗角正切为0～0.015。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于IPMC的可重构电磁超表面结构，其特征在于，基于IPMC的可重构电磁超表面结构在0～5V驱动电压作用下，能够发生0～90°的弯曲变形。

6.一种如权利要求1所述的基于IPMC的可重构电磁超表面结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据电磁超表面结构的工作频率和电磁特性的调控需求，确定超表面结构的阵列单元特征尺寸与变形形式，以及阵列单元的构型与驱动控制；

S2、根据步骤S1确定的阵列单元的特征尺寸与变形形式，以及阵列单元的构型与驱动控制；对不同尺寸的阵列单元进行变形-电磁仿真，优化并确定阵列单元的形状加工参数；

S3、根据步骤S2确定的阵列单元的形状加工参数在IPMC结构的表面加工阵列单元，得到IPMC阵列；

S4、根据步骤S3加工的IPMC阵列的单元尺寸、区域和整体的控制方式，设计夹持和电极引线结构，将IPMC阵列固定在夹持结构中，通过电极引线结构分别为IPMC阵列的上表面和下表面施加驱动电压；

S5、根据控制区域的分布和变形量调控需求，在步骤S4组装好的IPMC阵列上设计单路或多路驱动电路及调节方式，完成基于IPMC的可重构电磁超表面结构。

7.根据权利要求6所述的基于IPMC的可重构电磁超表面结构设计方法，其特征在于，步骤S2具体为：通过变形仿真计算不同电压下阵列最小单元的变形量，联合电磁仿真对不同变形量下的单元结构进行电磁仿真，计算变形前后超表面电磁调控能力，以结构单元的尺寸参数和阵列尺寸为变量优化超表面的调控性能确定形状加工参数。

8.根据权利要求6所述的基于IPMC的可重构电磁超表面结构设计方法，其特征在于，步骤S3中，当在IPMC结构上加工最小线条间距大于1mm的图案结构时，使用刀模冲压方式；当在IPMC结构上加工线条间距小于1mm的图案结构时，使用激光切割方法。

9.根据权利要求8所述的基于IPMC的可重构电磁超表面结构设计方法，其特征在于，激光切割方法使用的激光器为皮秒激光器或飞秒激光器，激光的平均功率为1～5W，脉冲能量为0～1mJ，扫描速度为30～60mm/s，扫描次数大于20次。

10.根据权利要求6所述的基于IPMC的可重构电磁超表面结构设计方法，其特征在于，步骤S5中，驱动电路采用整体驱动或独立驱动，用于控制IPMC阵列发生整体变形或区域变形。