本發(fā)明涉及電磁材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于Pancharatnam-Berry相位的編碼相位梯度超表面。

背景技術(shù)：

電磁編碼超材料，又稱數(shù)字電磁超材料，由于其將對(duì)電磁波的控制數(shù)字化，使其在被提出至今一直廣受關(guān)注。現(xiàn)有的編碼超表面，通常是利用不同的結(jié)構(gòu)，形狀，尺寸的基本單元通過諧振來實(shí)現(xiàn)不同的相位回復(fù)，對(duì)不同的相位回復(fù)用二進(jìn)制編碼進(jìn)行表征。例如在一比特電磁編碼超材料中，選用兩種不同的基本單元，其相位差在180度左右，將兩種基本單元進(jìn)行二進(jìn)制編碼為編碼單元“0”與編碼單元“1”。將編碼單元“0”和“1”按照設(shè)計(jì)的序列進(jìn)行排列，可以實(shí)現(xiàn)所需要的功能?，F(xiàn)有的編碼超表面，由于其相位回復(fù)是利用不同形狀，尺寸的結(jié)構(gòu)單元的諧振來實(shí)現(xiàn)，很難在編碼單元內(nèi)部進(jìn)行相位調(diào)制，因此編碼單元都是由等相位結(jié)構(gòu)單元組成的，不具有單獨(dú)的電磁特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于Pancharatnam-Berry相位的編碼相位梯度超表面，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

一種基于Pancharatnam-Berry相位的編碼相位梯度超表面，所述編碼相位梯度超表面由多個(gè)編碼單元組成，每個(gè)所述編碼單元由多個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成，所述結(jié)構(gòu)單元的相位回復(fù)基于Pancharatnam-Berry相位實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，所述編碼單元根據(jù)組成其的所述結(jié)構(gòu)單元的相位梯度變化，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電磁特性。

優(yōu)選地，對(duì)每個(gè)所述編碼單元中的所有所述結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行特定角度的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)所述編碼單元的不同相位回復(fù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述編碼單元的二進(jìn)制編碼。

本發(fā)明的可以對(duì)編碼單元進(jìn)行相位調(diào)控的編碼相位梯度超表面，這種基于Pancharatnam-Berry相位的對(duì)編碼單元進(jìn)行相位調(diào)控的編碼梯度超表面，在多比特的編碼中具有很高的操作性，只需對(duì)結(jié)構(gòu)單元旋轉(zhuǎn)特定的角度就可以實(shí)現(xiàn)，這為實(shí)現(xiàn)高分辨率的波束復(fù)形提供了很好的途徑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：

1、本發(fā)明是基于Pancharatnam-Berry相位設(shè)計(jì)的編碼梯度超表面，相位回復(fù)平穩(wěn)，不同的旋轉(zhuǎn)角度之間的相位回復(fù)差固定，很容易實(shí)現(xiàn)寬頻帶的效果。在設(shè)計(jì)多比特編碼梯度超表面時(shí)，不用考慮太多的尺寸，形狀等參數(shù)，只需旋轉(zhuǎn)特定的角度來實(shí)現(xiàn)；

2、本發(fā)明在編碼單元內(nèi)部進(jìn)行了相位的設(shè)計(jì)，不同的相位設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)不同的電磁功能(如異常反射，聚焦，成像等)，這種設(shè)計(jì)使得對(duì)電磁波的控制更加靈活多樣；

3、本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種可以對(duì)編碼單元進(jìn)行相位調(diào)控的編碼相位梯度超表面，在對(duì)回波波束的極化方式上有一定的調(diào)節(jié)作用；

4、本發(fā)明設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單易行，加工方便，在現(xiàn)有的成熟加工技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁波更加靈活的調(diào)控。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于Pancharatnam-Berry相位的編碼相位梯度超表面的組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為圖1中組成編碼相位梯度超表面的結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2b為圖2a中結(jié)構(gòu)單元旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向的示意圖；

圖3a為圖2a中結(jié)構(gòu)單元在8-22GHz下旋轉(zhuǎn)不同角度的相位回復(fù)；

圖3b為與圖3a中結(jié)構(gòu)單元在8-22GHz下旋轉(zhuǎn)不同角度的相位回復(fù)對(duì)應(yīng)的反射幅值；

圖4a為運(yùn)用MATLAB計(jì)算的內(nèi)部相位梯度為零的編碼單元產(chǎn)生的三維遠(yuǎn)場(chǎng)散射圖；

圖4b為運(yùn)用MATLAB計(jì)算的內(nèi)部相位梯度不為零的編碼單元產(chǎn)生的三維遠(yuǎn)場(chǎng)散射圖；

圖5a是在15GHz下，同一編碼序列010101，內(nèi)部相位梯度為零的編碼單元組成的一比特編碼相位梯度超表面的三維遠(yuǎn)場(chǎng)散射圖的仿真結(jié)果；

圖5b是在15GHz下，同一編碼序列010101，內(nèi)部相位梯度不為零的編碼單元組成的一比特編碼相位梯度超表面的三維遠(yuǎn)場(chǎng)散射圖的仿真結(jié)果；

圖6a是在15GHz下，同一編碼序列010101/101010，內(nèi)部相位梯度為零的編碼單元組成的一比特編碼相位梯度超表面的三維遠(yuǎn)場(chǎng)散射圖的仿真結(jié)果；

圖6b是在15GHz下，同一編碼序列010101/101010，內(nèi)部相位梯度不為零的編碼單元組成的一比特編碼相位梯度超表面的三維遠(yuǎn)場(chǎng)散射圖的仿真結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參照?qǐng)D1，為本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種基于Pancharatnam-Berry相位的編碼相位梯度超表面，所述編碼相位梯度超表面100由多個(gè)編碼單元200組成，Ф_mn是每個(gè)所述編碼單元200的相位回復(fù)，其中，m和n分別表示所述編碼單元200在所述編碼相位梯度超表面100中的行數(shù)和列數(shù)。每個(gè)所述編碼單元200由多個(gè)結(jié)構(gòu)單元300組成，是每個(gè)所述結(jié)構(gòu)單元300的相位回復(fù)，其中，x和y分別表示所述結(jié)構(gòu)單元300在所述編碼單元200中的行數(shù)和列數(shù)。對(duì)所述編碼相位梯度超表面100中每個(gè)所述編碼單元200中的每個(gè)所述結(jié)構(gòu)單元300的相位進(jìn)行調(diào)制，使得所述編碼單元200具有特殊的電磁特性。

參照?qǐng)D2a，所述結(jié)構(gòu)單元300為Z型，具體的尺寸為H₁＝5.2mm、H₂＝0.65mm、H₃＝0.2mm、H₄＝0.35mm、H₅＝5mm、H₆＝3.288mm、H₇＝0.36mm。該結(jié)構(gòu)單元300是印刻在厚度為3mm的F4B(聚四氟乙烯)基板上的，且所述F4B基板具有金屬背板。所述結(jié)構(gòu)單元300在所述編碼單元200所在的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的相位回復(fù)，如圖2b所示α。

參照?qǐng)D3a和3b，可以看出相位回復(fù)很平穩(wěn)，相位差很固定，且反射幅值相等，這樣更利于實(shí)現(xiàn)寬頻帶的設(shè)計(jì)，以及所述編碼單元200和其內(nèi)部的相位調(diào)制。

參照?qǐng)D4a和4b，可以看出內(nèi)部相位梯度為零的所述編碼單元200直接將波束原路返回，而內(nèi)部相位梯度不為零的所述編碼單元200發(fā)生了異常反射?？梢哉f明進(jìn)行了相位調(diào)制的所述編碼單元200發(fā)生了異常反射。

參照?qǐng)D5a和5b，其中θ和分別為反射角度和反射方位角，圖中的箭頭線分別描述了反射角度和反射方位角的定義，可以看出內(nèi)部進(jìn)行了相位調(diào)制的所述編碼單元200組成的編碼相位梯度超表面的反射波束發(fā)生了一定角度的偏轉(zhuǎn)。

參照?qǐng)D6a和6b，可以看出內(nèi)部進(jìn)行了相位調(diào)制的所述編碼單元200組成的編碼相位梯度超表面的反射波束發(fā)生了一定角度的偏轉(zhuǎn)。

根據(jù)圖5a、5b和圖6a、6b的結(jié)果可以看出，內(nèi)部進(jìn)行了相位調(diào)制的所述編碼單元200組成的編碼相位梯度超表面在反射電磁波時(shí)，受到了編碼序列和編碼單元200內(nèi)部相位梯度的共同影響。這使得對(duì)電磁波的控制更加靈活多樣，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的電磁調(diào)控。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。