1.一种柔性动态可调线圆双极化转换超表面,其特征在于包含:
所述超表面单胞结构包含上中下三层,上层为图案层:由一个切去对角四分之一圆的金属铜贴片和两个四分之一圆石墨烯贴片共同组成,中间层为柔性聚氯乙烯(PVC)介质层,底层为正方形金属铜底板;
单胞结构在空间呈周期性排列,通过延伸构成双极化转换超表面;
在所述超表面的每个单胞结构中,顶层的金属铜贴片由于切去两个对角的四分之一圆,且两个四分之一圆石墨烯贴片恰好位于空置的两对角,使得顶层图案层的对称轴关于y轴成45°夹角;
采用有限元算法对超表面单胞结构进行模型仿真、结构参数优化和石墨烯动态调控,使得所述双极化转换超表面的线极化转换效率计算值与最小二乘法曲线拟合线极化转换效率值在相对误差值范围内;并使所述双极化转换超表面的圆极化轴比计算值与最小二乘法曲线拟合圆极化轴比值在相对误差值范围内;且共极化与交叉极化反射系数之比计算值与最小二乘法曲线拟合共极化与交叉极化反射系数之比值在相对误差值范围内,据此得到所述双极化转换超表面;
所述线极化转换效率计算值εn、圆极化轴比计算值ξ(ω,ψ)n和共极化与交叉极化反射系数之比计算值γn满足:其中,εn为极化转换效率计算值,下标n表示第n个采样点,α表示最小二乘法曲线拟合线极化转换效率值,δ1为线极化转换效率计算值与最小二乘法曲线拟合线极化转换效率值的相对误差;ξ(ω,ψ)n为圆极化轴比计算值,ω为双极化转换超表面角频率,ψ为共极化和交叉极化反射相位差,β为最小二乘法曲线拟合圆极化轴比值,δ2表示圆极化轴比计算值与最小二乘法曲线拟合圆极化轴比值的相对误差;γn表示共极化与交叉极化反射系数之比计算值,χ表示最小二乘法曲线拟合共极化与交叉极化反射系数之比值,δ3表示为共极化与交叉极化反射系数之比计算值与最小二乘法曲线拟合共极化与交叉极化反射系数之比值的相对误差;
所述双极化转换超表面线极化转换效率拟合曲线A(εn)的计算方法如下:
其中,Rxy表示横向电极化波(即y极化波)入射时的交叉极化反射系数,Ryy表示y极化波入射时的共极化反射系数, 可表示为相邻两采样点线极化转换效率拟合误差控制函数U(Rxy,Ryy):
所述双极化转换超表面圆极化轴比拟合曲线B(ξ(ω,ψ)n)的计算方法如下:则 可表示为相邻两采样点圆极化轴比拟合误差控制函数
V(ω,ψ):
所述双极化转换超表面共极化与交叉极化反射系数之比C(γn)的计算方法如下:则 可表示为相邻两采样点共极化与交叉极化反射系数之比拟合误差
控制函数W(Rxy,Ryy):
综上,进一步可得到可调控线圆双极化转换功能控制模型M(A(εn),B(ξ(ω,ψ)n),C(γn)):M(A(εn),B(ξ(ω,ψ)n),C(γn))=λ1A(εn)+λ2B(ξ(ω,ψ)n+λ3C(γn),其中,λ1为线极化转换效率影响因子,λ2为圆极化转换轴比影响因子,λ3为共极化与交叉极化反射系数之比影响因子,其计算方式如下:
其中,Fl2和Fl1分别表示线极化转换效率大于0.9频段的较高频率和较低频率,Fc2和Fc1分别表示圆极化转换轴比小于3dB频段的较高频率和较低频率,Fr2和Fr1分别表示共极化与交叉极化反射系数之比位于0.5‑2.0之间频段的较高频率和较低频率;
可调控线圆双极化转换功能控制模型M(A(εn),B(ξ(ω,ψ)n),C(γn))可转换为:上层图案层采用四分之一圆石墨烯贴片,微波段石墨烯的电导率可用σ(ω)函数给出:其中,ω是双极化转换超表面角频率,EF是费米能级,e是电子电量,是约克普朗克常数,Γ是载流子散射率,j表示虚部,石墨烯方阻Rs与电导率关系为Rs=1/σ(ω),而石墨烯的费米能级可通过外加直流偏置电压改变;综上,可得到石墨烯方阻Rs与外加直流偏置电压Vg之间的函数Rs(Vg):其中,vF是费米速度,η0是真空中的介电常数,ηr和ts分别是中间介质层PVC的相对介电常数和厚度;综上所述,可通过改变外加直流偏置电压来改变石墨烯方阻,从而实现线圆双极化转换超表面的动态可调功能。
2.根据权利要求1所述的双极化转换超表面,其特征在于,所述超表面单胞结构上层图案关于对角线对称。
3.根据权利要求2所述的双极化转换超表面,其特征在于,所述柔性PVC介质层和金属铜底板尺寸相同,但厚度不同。