一种复振幅微波全息反射镜

1.本实用新型涉及人工电磁材料技术领域，尤其涉及一种复振幅微波全息反射镜。


背景技术：

2.全息作为一种光学成像技术，具有记录实物全波信息和再现虚拟物体全波信息的强大能力，在光学数据存储方面引起了大量关注。随着计算机生成全息图(cgh)的发展，入射波的相位/幅值信息可以进行数值计算，它能够创建不存在的虚拟物体的全息图。然而，实现cgh的传统介质存在像素尺寸大、体积大、制作复杂、视场小等缺点，无法满足现代光学技术对高性能的要求。
3.超表面的出现为设计光学和微波器件提供了方案。由于高空间分辨率、低成本和集成到片上光电系统的能力，超表面在低噪声和高精度的全息中广泛应用。各向同性和各向异性超表面能够通过灵活地调控谐振或几何相位实现透射/反射波的调控，其应用范围可以从微波拓展到太赫兹和光学领域。但是，同时控制输出波的幅值和相位仍然是一个学术难题，特别是在微波领域。
4.众所周知，改变谐振器的形状/尺寸会影响谐振特性。因此，传播特性会随着相位或幅值的相应变化而改变。由于参数扫描方法获得的幅值和相位无法进行单独调控且调控范围非常有限，因此这类超表面单元的复振幅调控通常局限于离散点的调控。当同时拟合所需的幅度和相位响应时，用于再现全息图的超表面单元只能从有限的范围中选择，导致某些像素点不能满足要求。
5.为了解决这个问题，多层结构被提出并且能够提供独立的幅值和相位控制机制，但存在操作范围不足的缺点。对于一些高精度系统，有限的幅值和相位调控范围会恶化整体性能。此外，多层布局和复杂的拓扑结构也不利于平面集成化和批量化生产。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种复振幅微波全息反射镜，解决了现有技术中幅值和相位无法单独调控以及调控范围不连续和调控范围有限等问题，具有简单的拓扑结构，便于平面集成化。
7.为了实现上述的技术效果，本实用新型所采用的技术方案如下：
8.一种复振幅微波全息反射镜，包括介质基板层，所述介质基板层的一侧表面设置有金属背板层，另一侧表面设置有金属结构层，所述金属结构层由多个谐振器排布构成，所述谐振器由长金属线和短金属线成“十字形”一体成型。
9.优选地，所述不同谐振器的短金属线长度不同，实现单元结构的电磁特性从各向同性到各向异性的变化，不同谐振器的长金属线的长度相同。
10.优选地，所述谐振器的单元周期为p＝6.5mm，所述长金属线的长度y为6mm，短金属线的长度x范围为0-6mm，所述短金属线和长金属线的线宽均为c＝0.8mm。
11.优选地，所述介质基板层的材质为聚四氟乙烯，厚度为d＝2.5mm。
12.优选地，所述金属结构层和金属背板层的材质均为铜，厚度均为0.02mm。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
14.本实用新型的新型复振幅微波全息反射镜，谐振器的长金属线长度均相同，短金属线不同，这种长短金属线结构的谐振器可以实现金属结构层从各向同性转变为各向异性，其反射波的交叉极化幅值可以从0调整为1，谐振器的角度旋转不同，反射波的相位响应覆盖近0
°
到360
°
，因此，反射波幅值和相位能够在全范围内连续调控。
附图说明
15.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
16.在附图中：
17.图1为本实用新型复振幅微波全息反射镜的结构示意图；
18.图2为图1中a部分的放大图；
19.图3为图1中b部分的放大图；
20.图4为本实用新型谐振器的结构示意图；
21.图5为本实用新型谐振器在rhcp波入射下20ghz处的表面电流分布；
22.图6为本实用新型谐振器在rhcp波入射下结构参数x不同时的幅度和相位曲线；
23.图7为本实用新型谐振器在rhcp波入射下20ghz处结构参数x变化时的幅度和相位的变化曲线；
24.其中：1.介质基板层，2.金属背板层，3.谐振器，301.长金属线，302.短金属线。
具体实施方式
25.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.实施例1：
27.参照附图1-4，一种复振幅微波全息反射镜，包括介质基板层1，所述介质基板层1的一侧表面通过印刷电路板工艺设置有金属背板层2，另一侧表面通过印刷电路板工艺设置有金属结构层，印刷电路板工艺为现有工艺，此处不再赘述，所述金属结构层由多个谐振器3排布构成，所述谐振器3由长金属线301和短金属线302成“十字形”一体成型。
28.所述谐振器3的单元周期为p＝6.5mm，所述不同谐振器3的短金属线302长度不同，不同谐振器3的长金属线301的长度相同，所述长金属线301的长度y为6mm，短金属线302的长度x范围为0-6mm，所述短金属线302和长金属线301的线宽均为c＝0.8mm。
29.所述介质基板层1的材质为聚四氟乙烯，厚度为d＝2.5mm，相对介电常数2.65，介电损耗角为0.001。
30.所述金属结构层和金属背板层2的材质均为铜，厚度均为0.02mm，电导率为5.8
×
107s/m。
31.所述谐振器3的旋转角为α，该旋转角为十字形的谐振器沿中心轴在平面内旋转的角度。
32.实施例二针对实施例一中的结构为了验证该结构构造的效果，申请人做了如下仿
真模拟
33.图5为本新型复振幅微波全息反射镜在rhcp波入射下20ghz处的表面电流分布，仿真过程在cst微波工作室中进行，当x＝0mm、3.4mm时，“十字形”谐振器3沿y方向的长金属线301上电流较强，并且随着设置的谐振器3的短金属线302的x尺寸增加，沿y方向的长金属线301上表面电流强度逐渐减小，而沿x方向的短金属线302上表面电流强度增强，特别是x＝6mm时，“十字形”谐振器3的两条金属线长度相等。因此，表面电流强度变得几乎相同，具有各向同性特征。从表面电流分布可以推断，通过设置不同长度的短金属线302，可以很容易地调整金属结构层的反射波幅值。
34.图6(a)为rhcp波入射下的同极化振幅r
rr
随设置不同谐振器3的短金属线302的长度x变化的曲线，当x从0到6mm时，金属结构层从各向异性转变为各向同性，在15-24ghz范围内，随着x的增大，反射振幅r
rr
从1减小到0。图6(b)为在10-27.5ghz范围内rhcp波入射下的同极化反射相位曲线。可以看出，相位响应随x的增加而减小，因此相移不能忽略。
35.图7给出了rhcp波入射下20ghz处的同极化幅值和相位响应曲线。随设置不同谐振器3的短金属线302的长度x的增加，幅值从接近1逐渐变为0，而相位随x的增加而减小，该部分相位变化需利用pb相位原理在设计全息成像时进行补偿。由于本新型中幅度和相位的不同，本新型中的金属结构层超表面可以实现幅值和相位独立设置。
36.综上所述，本发明实施例提供的新型复振幅微波全息反射镜，通过设置由“十字形”的长短金属线成型的谐振器3，长金属线301长度不变，短金属线302长度不同，进而可以设置在介质基板层1设置从各向同性转变为各向异性的金属结构层，其反射波的交叉极化幅值可以从0调整为1；
37.此外，将谐振器3的旋转角度不同，进而反射波的相位响应覆盖近0
°
到360
°
，金属结构层的谐振器幅值和相位可以在全范围内进行单独的设置。
38.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。