本发明涉及电磁超表面技术和太赫兹波束控制领域，特别涉及一种6g通信的二氧化钒双功能太赫兹超表面及编码超表面。
背景技术：
1、太赫兹编码超表面是结合了太赫兹技术和超材料概念的一个研究领域，太赫兹波这个频段位于微波与红外光之间，在安检、无损检测、通信、天文学等领域有着广泛的应用前景；编码超表面是指利用数字编码的概念来设计超表面，通过不同单元的组合实现对电磁波的编码功能，这种设计方法简化了超材料的设计过程，使得对电磁波的操控更加灵活，将编码技术应用到太赫兹波段得到的太赫兹编码超表面可以实现太赫兹波的高效调制与处理，例如，在太赫兹成像、通信系统中，编码超表面可以用来提高系统的信号处理能力或增强系统的安全性。此外，由于太赫兹波的高频率特性，使用编码超表面还可以探索新的多功能集成解决方案，如多路复用、波束形成等高级功能。
2、目前大多数研究的超表面一般是反射型超表面，反射型超表面在一些领域中的应用有所限制，比如室内信号增透，近场投射增强方面，所以需要一种能够透射的超表面补全反射型超表面的不足和缺陷。虽然也有少量现有技术公开了双功能超表面的设计，比如现有技术cn111665588a公开了一种基于二氧化钒和狄拉克半金属复合超表面的双功能偏振器，每个器件结构单元自上而下包括二氧化硅层和二氧化钒层，二氧化硅层的上方设有两个狄拉克半金属u型结构，二氧化钒层的下方设有线栅，但是该方案侧重于通过狄拉克半金属的费米能级调控进行透射和反射偏振的双激励调控，应用于偏振转换和波片设计，需要额外的电控或材料调节以及依赖于电控元件。
3、另外，目前的二比特编码超表面传感器大部分是针对于5g毫米波通信和卫星通信领域设计的，着重于高频信号的反射控制和增益提升，强调的是电控可编程性和动态相位调节，比如现有技术cn115513669b通过在金属层间加载二极管实现电控相位调节，然而这种编码超表面传感器的相位差实现依靠二极管的状态变化和不同的金属层组合，通过切换二极管的开关状态来控制相位，对二极管和金属层的精密制造要求较高，且在高频下可能存在较大的损耗和复杂的制造工艺，也无法被应用于6g通信领域的多种太赫兹波束调控（如分裂、偏转、oam涡旋波束生成）等。
4、综上所述，现有技术的双功能超表面结构和操作控制方法均比较复杂，也并没有侧重于简单的透射和反射切换的双功能超表面传感器的设计；现有技术的编码超表面的相位控制方法复杂，未能很好的被应用于6g通信领域的太赫兹波束调控。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种6g 通信的二氧化钒双功能太赫兹超表面及编码超表面，设计了通过温度控制改变透射和反射状态的双功能太赫兹超表面单元，同时基于该双功能太赫兹超表面单元设计了不同编码的太赫兹编码超表面，以实现在6g通信领域的太赫兹波束调控。
2、为实现以上目的，本技术方案提供一种6g 通信的二氧化钒双功能太赫兹超表面，包括：至少一个超表面单元结构，其中每一超表面单元结构包括自上而下依次设置的硅层、中间介质层以及相变层，硅层为边长相同的方形硅柱，且方形硅柱的四个边角位置为边长相同的边角方块，位于方形硅柱同一侧的边角方块的最大长度构成方形硅柱的结构边长，相变层为采用二氧化钒的边长相同的方块，当处于常温时，相变层的二氧化钒处于介质态，该超表面单元结构透射太赫兹波束；当处于高温时，相变层的二氧化钒处于金属态，该超表面单元结构反射太赫兹波束。
3、第二方面，本方案提供了太赫兹编码超表面，该太赫兹超表面实现2比特的编码效果，包括：四组由超表面单元结构方阵排列组成的编码单元，同一编码单元中的超表面单元结构相同，不同编码单元中的超表面单元结构的结构边长不同，四组编码单元的归一化相位分别为0°，90°，180°，270°。
4、第三方面，本方案提供了太赫兹编码超表面，该太赫兹超表面实现1比特的编码效果，包括：两组由超表面单元结构方阵排列组成的编码单元，同一编码单元中的超表面单元结构相同，不同编码单元中的超表面单元结构的结构边长不同，两组编码单元的相位差为180°。
5、第四方面，本方案提供了太赫兹编码超表面的应用方法，应用于波束调控，包括以下步骤：以依次排列第一编码单元、第二编码单元、第三编码单元、第四编码单元为一个周期编码单元，沿x轴方向和y轴方向分别排列至少两个周期编码单元，且x轴方向和y轴方向的周期编码单元的数量相同。
6、第五方面，本方案提供了太赫兹编码超表面的应用方法，包括以下步骤：计算oam波束的相位差并引入螺旋相位，根据相位差在不同位置设置不同的编码单元。
7、相较现有技术，本技术方案具有以下特点和有益效果:
8、一、本方案的6g通信的二氧化钒双功能太赫兹超表面使用二氧化钒作为相变材料，通过调节外部温度来控制太赫兹波的透射和反射模式，当二氧化钒处于介质态时，器件作为透射超表面，可以在1.3thz频段实现波束分裂和偏转；而当二氧化钒处于金属态时，器件则作为反射超表面，在1thz频段实现相似功能。这一创新点大大拓展了电磁波在空间中的调制范围，实现了功能的灵活切换。
9、二、本方案的太赫兹编码超表面将计算机中的二进制概念引入到超表面单元的设计中，设计2bit编码超表面，通过优化结构参数，设计了4个不同编码单元，对应0°、90°、180°和270°的相位差，并通过傅里叶卷积计算的方式，将复杂的波束调控问题简化为编码设计问题，可以将反射波束的方向扩展到8个方位，实现对电磁波的精准控制。这种编码设计不仅简化了传统超表面的设计过程，并通过高比特编码拓展了相位调控能力，提高了超表面在实际应用中的灵活性和效率。
10、三、本方案的太赫兹编码超表面还可拓展用于生成oam（轨道角动量）涡旋波束，设计了一种能够生成拓扑电荷数为1的涡旋波束编码超表面，这种波束具有高方向性和低发散角的特点，为6g无线通信和太赫兹波束控制提供了重要支持。这一创新不仅扩展了波束的种类，还提供了灵活的波束调控手段，适用于增强信号覆盖和减少盲区的应用场景。
1.一种6g通信的二氧化钒双功能太赫兹超表面，其特征在于，包括：至少一个超表面单元结构，其中每一超表面单元结构包括自上而下依次设置的硅层、中间介质层以及相变层，硅层为边长相同的方形硅柱，且方形硅柱的四个边角位置为边长相同的边角方块，位于方形硅柱同一侧的边角方块的最大长度构成方形硅柱的结构边长，相变层为采用二氧化钒的边长相同的方块，当处于常温时，相变层的二氧化钒处于介质态，该超表面单元结构透射太赫兹波束；当处于高温时，相变层的二氧化钒处于金属态，该超表面单元结构反射太赫兹波束。
2.根据权利要求1所述的6g通信的二氧化钒双功能太赫兹超表面，其特征在于，方形硅柱的高度h3 = 20 μm，中间介质层的高度h2 =20 μm，相变层的高度h1=0.5μm，相变层的方块边长p为120 μm。
3.根据权利要求1所述的6g 通信的二氧化钒双功能太赫兹超表面，其特征在于，中间介质层的材料为聚四氟乙烯。
4.一种太赫兹编码超表面，其特征在于，包括：四组由根据权利要求1到3任一所述的超表面单元结构方阵排列组成的编码单元，同一编码单元中的超表面单元结构相同，不同编码单元中的超表面单元结构的结构边长不同，四组编码单元的归一化相位分别为0°，90°，180°，270°。
5.根据权利要求4所述的太赫兹编码超表面，其特征在于，其中超表面单元结构的结构边长为30μm的编码单元定义为第一编码单元，超表面单元结构的结构边长为45μm的编码单元定义为第二编码单元，超表面单元结构的结构边长为62μm的编码单元定义为第三编码单元，超表面单元结构的结构边长为72μm的编码单元定义为第四编码单元，其中第一编码单元、第二编码单元、第三编码单元以及第四编码单元的归一化相位分别为0°，90°，180°，270°。
6.根据权利要求4所述的太赫兹编码超表面，其特征在于，每一编码单元由超表面单元结构以3*3方阵排列组成。
7.一种太赫兹编码超表面，其特征在于，包括：两组由根据权利要求1到3任一所述的超表面单元结构方阵排列组成的编码单元，同一编码单元中的超表面单元结构相同，不同编码单元中的超表面单元结构的结构边长不同，两组编码单元的相位差为180°。
8.一种根据权利要求5所述的太赫兹编码超表面的应用方法，应用于波束调控，其特征在于，包括以下步骤：以依次排列第一编码单元、第二编码单元、第三编码单元、第四编码单元为一个周期编码单元，沿x轴方向和y轴方向分别排列至少两个周期编码单元，且x轴方向和y轴方向上的周期编码单元的数量相同。
9.一种根据权利要求5所述的太赫兹编码超表面的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：计算oam波束的相位差并引入螺旋相位，根据相位差在不同位置设置不同的编码单元。
10.根据权利要求9所述的太赫兹编码超表面的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：根据相位差在不同位置设置不同的编码单元得到oam涡旋波束超表面，其中oam涡旋波束超表面为由相位差分别为0，π/2,π,3π/2的第一区域、第二区域、第三区域以及第四区域组成的正方形，其中第一区域内设有由超表面单元结构方阵排列组成的第一编码单元，第二区域内设有由超表面单元结构方阵排列组成的第二编码单元，第三区域内设有由超表面单元结构方阵排列组成的第三编码单元，第四区域内设有由超表面单元结构方阵排列组成的第四编码单元，第一区域、第二区域、第三区域以及第四区域逆时针排列得到正方形，且第一区域、第二区域、第三区域以及第四区域的面积相同。