[发明专利]基于幅度和相位同时调控的超表面艾利波束产生器及设计方法

摘要

本发明属于超表面电磁调控技术领域，具体为一种基于幅度、相同同时调控的超表面艾利波束产生器及其设计方法。本发明的艾利波束产生器为二维超表面，由M*N个具有不同结构参数、不同旋转角度Φ的超表面单元在平面内等间距排列组成，具体包含两种具有不同半径的三层顺序旋转开口圆环谐振器单元；超表面单元具有交叉极化高透射幅相调控功能，其结构由上、中、下三层金属结构和两层介质板交替层叠组成。波束产生器本发明能在线极化平面波激励下产生一维、二维长距离无衍射自加速交叉线极化波束，形成抛物线状传输轨迹，具有横向加速、自我愈合以及有限能量无衍射传输特性。本发明艾利波束产生器具有体积超薄、无衍射传输区域大、工作频带宽、效率高等优势。

主权项

1.一种基于幅度、相位同时调控的超表面艾利波束产生器，其特征在于，由M*N个具有不同结构参数、不同旋转角度Φ的超表面单元(TSRR)在平面内等间距排列组成；所述超表面单元中，包含两种不同半径的三层顺序旋转开口圆环谐振器单元1与单元2，记为TSRR1与TSRR2；两种圆环的外半径R1通过调谐，使得TSRR1与TSRR2的相位差在中心工作频率f0＝9.4GHz处为180°，半径差通过相位仿真计算确定；TSRR1与TSRR2在超表面中的排布规律依据有限能量无衍射艾利波包传播方程计算的口径相位分布得到，它们的旋转角度依据有限能量无衍射艾利波包传播方程计算的口径幅度分布得到；在线极化平面波激励下，能产生长距离无衍射传输的一维、二维自加速交叉线极化波束，形成抛物线状传输轨迹，具有横向加速、自我愈合以及有限能量无衍射传输特性；其中，所述超表面艾利波束产生器的超表面单元(TSRR)，具有交叉极化高透射幅相调控功能，即能同时调控透射幅度和相位，其结构由上、中、下三层金属结构和两层介质板交替层叠组成；其中，三层金属结构为等大开口圆环谐振器，且开口方向从下至上依次顺序旋转ψ＝45°，用于形成交叉极化高透射率；2层金属结构之间为介质板；这种超表面单元(TSRR)结构，可通过改变圆环的外半径R1和内半径R2可以改变交叉极化透射相位，而交叉极化透射幅度在一定频率范围内保持不变；通过改变旋转角度Φ可以改变透射幅度，而透射相位在一定频率范围内几乎不受影响。