[发明专利]基于频率和旋向多元混合通道的多功能超表面及设计方法

摘要

本发明属于多功能超表面技术领域，具体为基于频率和旋向多元混合通道的多功能超表面及其设计方法。本发明多功能超表面由M*M个复合超表面单元在平面内等间距周期地排列组成；每个复合超表面单元由2个对角排列的子结构1和子结构2组成；其中子结构1为单层双开口环谐振器，子结构2为双层十字贴片；子结构1和子结构2成对角棋盘排列；其中，双开口环谐振器和十字贴片提供超表面的双频通道特性，十字贴片提供圆极化波的双旋向通道特性；2个频率通道（f1，f2）相互隔离，各提供2个独立调控的旋向通道；本发明频率和旋向多元通道多功能超表面可以提供4个独立的圆极化功能，具有集成度高、可复用性强、体积超薄、效率高等优势。

主权项

1.一种基于频率和旋向多元混合通道的多功能超表面，其特征在于，由M*M个复合超表面单元在平面内等间距周期地排列组成；所述复合超表面单元由上、中、下三层金属和两层介质板交替层叠组成；每个复合超表面单元由2个对角排列的子结构1和子结构2组成；其中子结构1为单层双开口环谐振器，子结构2为双层十字贴片，两种子结构共用底层金属地板；子结构1和子结构2成对角棋盘排列；因此，复合超表面上层仅有对角分布的十字贴片，中层包含对角棋盘排列的十字贴片和双开口环谐振器；设复合超表面单元的周期为p_x=p_y，开口环谐振器的工作频段为f₁，十字贴片的工作频段为f₂，记复合超表面单元的结构参数如下：子结构1中开口环谐振器的外半径为R、宽度为w1、开口宽度为g，R和g由工作频段f₁确定，且满足R<p_x=p_y，0.2 mm<w1<1.2 mm，g<2R；子结构2中十字贴片的两条贴片宽度均为w2，根据加工精度和相位覆盖范围综合权衡，满足0.2 mm<w2<1.2 mm；x方向贴片长度为l_x，y方向贴片长度为l_y，l_x和l_y由x极化和y极化下的功能相位分布决定，且满足4.8<l_x<6.8，4.8<l_y<6.8，单位：mm；设Ψ和Φ分别为复合超表面单元中开口环谐振器和十字贴片围绕各自晶轴的旋转方位角，其满足0°<Ψ<180°，0°<Φ<180°；在多功能超表面中，各复合超表面单元具有不同的结构参数、不同旋转角度Ψ以及不同旋转角度Φ。