一种基于Pancharatnam‑Berry相位的编码相位梯度超表面的制作方法

本发明涉及电磁材料技术领域，特别是涉及一种基于Pancharatnam-Berry相位的编码相位梯度超表面。

背景技术：

电磁编码超材料，又称数字电磁超材料，由于其将对电磁波的控制数字化，使其在被提出至今一直广受关注。现有的编码超表面，通常是利用不同的结构，形状，尺寸的基本单元通过谐振来实现不同的相位回复，对不同的相位回复用二进制编码进行表征。例如在一比特电磁编码超材料中，选用两种不同的基本单元，其相位差在180度左右，将两种基本单元进行二进制编码为编码单元“0”与编码单元“1”。将编码单元“0”和“1”按照设计的序列进行排列，可以实现所需要的功能。现有的编码超表面，由于其相位回复是利用不同形状，尺寸的结构单元的谐振来实现，很难在编码单元内部进行相位调制，因此编码单元都是由等相位结构单元组成的，不具有单独的电磁特性。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基于Pancharatnam-Berry相位的编码相位梯度超表面，可以解决现有技术中存在的问题。

一种基于Pancharatnam-Berry相位的编码相位梯度超表面，所述编码相位梯度超表面由多个编码单元组成，每个所述编码单元由多个结构单元组成，所述结构单元的相位回复基于Pancharatnam-Berry相位实现。

优选地，所述编码单元根据组成其的所述结构单元的相位梯度变化，实现相应的电磁特性。

优选地，对每个所述编码单元中的所有所述结构单元进行特定角度的旋转，实现所述编码单元的不同相位回复，进而实现对所述编码单元的二进制编码。

本发明的可以对编码单元进行相位调控的编码相位梯度超表面，这种基于Pancharatnam-Berry相位的对编码单元进行相位调控的编码梯度超表面，在多比特的编码中具有很高的操作性，只需对结构单元旋转特定的角度就可以实现，这为实现高分辨率的波束复形提供了很好的途径。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明是基于Pancharatnam-Berry相位设计的编码梯度超表面，相位回复平稳，不同的旋转角度之间的相位回复差固定，很容易实现宽频带的效果。在设计多比特编码梯度超表面时，不用考虑太多的尺寸，形状等参数，只需旋转特定的角度来实现；

2、本发明在编码单元内部进行了相位的设计，不同的相位设计可以实现不同的电磁功能(如异常反射，聚焦，成像等)，这种设计使得对电磁波的控制更加灵活多样；

3、本发明设计的一种可以对编码单元进行相位调控的编码相位梯度超表面，在对回波波束的极化方式上有一定的调节作用；

4、本发明设计原理简单易行，加工方便，在现有的成熟加工技术上实现了对电磁波更加灵活的调控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于Pancharatnam-Berry相位的编码相位梯度超表面的组成结构示意图；

图2a为图1中组成编码相位梯度超表面的结构单元的结构示意图；

图2b为图2a中结构单元旋转角度和旋转方向的示意图；

图3a为图2a中结构单元在8-22GHz下旋转不同角度的相位回复；

图3b为与图3a中结构单元在8-22GHz下旋转不同角度的相位回复对应的反射幅值；

图4a为运用MATLAB计算的内部相位梯度为零的编码单元产生的三维远场散射图；

图4b为运用MATLAB计算的内部相位梯度不为零的编码单元产生的三维远场散射图；

图5a是在15GHz下，同一编码序列010101，内部相位梯度为零的编码单元组成的一比特编码相位梯度超表面的三维远场散射图的仿真结果；

图5b是在15GHz下，同一编码序列010101，内部相位梯度不为零的编码单元组成的一比特编码相位梯度超表面的三维远场散射图的仿真结果；

图6a是在15GHz下，同一编码序列010101/101010，内部相位梯度为零的编码单元组成的一比特编码相位梯度超表面的三维远场散射图的仿真结果；

图6b是在15GHz下，同一编码序列010101/101010，内部相位梯度不为零的编码单元组成的一比特编码相位梯度超表面的三维远场散射图的仿真结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，为本发明实施例中提供的一种基于Pancharatnam-Berry相位的编码相位梯度超表面，所述编码相位梯度超表面100由多个编码单元200组成，Ф_mn是每个所述编码单元200的相位回复，其中，m和n分别表示所述编码单元200在所述编码相位梯度超表面100中的行数和列数。每个所述编码单元200由多个结构单元300组成，是每个所述结构单元300的相位回复，其中，x和y分别表示所述结构单元300在所述编码单元200中的行数和列数。对所述编码相位梯度超表面100中每个所述编码单元200中的每个所述结构单元300的相位进行调制，使得所述编码单元200具有特殊的电磁特性。

参照图2a，所述结构单元300为Z型，具体的尺寸为H₁＝5.2mm、H₂＝0.65mm、H₃＝0.2mm、H₄＝0.35mm、H₅＝5mm、H₆＝3.288mm、H₇＝0.36mm。该结构单元300是印刻在厚度为3mm的F4B(聚四氟乙烯)基板上的，且所述F4B基板具有金属背板。所述结构单元300在所述编码单元200所在的平面内旋转方向为逆时针方向，以实现相应的相位回复，如图2b所示α。

参照图3a和3b，可以看出相位回复很平稳，相位差很固定，且反射幅值相等，这样更利于实现宽频带的设计，以及所述编码单元200和其内部的相位调制。

参照图4a和4b，可以看出内部相位梯度为零的所述编码单元200直接将波束原路返回，而内部相位梯度不为零的所述编码单元200发生了异常反射。可以说明进行了相位调制的所述编码单元200发生了异常反射。

参照图5a和5b，其中θ和分别为反射角度和反射方位角，图中的箭头线分别描述了反射角度和反射方位角的定义，可以看出内部进行了相位调制的所述编码单元200组成的编码相位梯度超表面的反射波束发生了一定角度的偏转。

参照图6a和6b，可以看出内部进行了相位调制的所述编码单元200组成的编码相位梯度超表面的反射波束发生了一定角度的偏转。

根据图5a、5b和图6a、6b的结果可以看出，内部进行了相位调制的所述编码单元200组成的编码相位梯度超表面在反射电磁波时，受到了编码序列和编码单元200内部相位梯度的共同影响。这使得对电磁波的控制更加灵活多样，可以实现更复杂的电磁调控。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。