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专利号: 2023102190620
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种动态可调的双频带极化转换柔性超表面设计方法,其特征在于,设计超表面单元结构,所述结构包括四层:由顶层至底层依次为带锯齿的双对称四分之一开口铜环及二氧化钒矩形薄膜结合而成的结构顶层、聚酰亚胺介质层、聚氯乙烯介质层和底层金属板;所述单元结构在o‑xyz坐标轴中沿x和y方向进行周期性排布形成超表面微结构,o为坐标原点;其中,双对称四分之一开口铜环彼此呈镜像对称,整体关于对角线对7

称,其电导率为5.80×10S/m;二氧化钒矩形薄膜的个数为4个,其介电常数εvo2在微波段由5

公式算出,电导率在绝缘态为10.62S/m,在金属态为2×10S/m;极化转换效率和相对带宽的动态调控由二氧化钒电导率控制,基于反射系数对极化转换效率的关系,通过极化转换控制函数和模型完成在两个工作频段内同时实现正交极化旋转效率最大化。

2.根据权利要求1所述的动态可调的双频带极化转换柔性超表面设计方法,其特征在于:所述二氧化钒矩形薄膜个数为4个,并与顶层的金属图案共同附着在第二层聚酰亚胺柔性介质基板上。

3.根据权利要求2所述的动态可调的双频带极化转换柔性超表面设计方法,其特征在于:所述聚酰亚胺介质层和聚氯乙烯介质层和底层金属板具有相同尺寸,但厚度不同。

4.根据权利要求3所述的动态可调的双频带极化转换柔性超表面设计方法,其特征在于:所述4个二氧化钒矩形薄膜的谐振状态通过改变电导率实现由绝缘态到金属态的可逆转变,其电导率可随外界温度发生改变,随着外加温度增加至68℃时,二氧化钒将从高阻绝缘态变为低阻金属态。

5.根据权利要求4所述的动态可调的双频带极化转换柔性超表面设计方法,其特征在于:所述二氧化钒矩形薄膜在微波波段的介电常数 表示如下:其中,χ表示金属状态时二氧化钒的体积分数,d表示绝缘态,k表示金属态,VO2表示二氧化钒, 表示二氧化钒的介电常数,εd表示二氧化钒绝缘态的相对介电常数,εk表示二氧化钒金属态的相对介电常数,在微波频率下介电混合行为并不依赖于频率,并且它不受εd和εk的显著影响,二氧化钒的介电常数 为恒定值,

6.根据权利要求5所述的动态可调的双频带极化转换柔性超表面设计方法,其特征在于:所述超表面单元的极化转换效率数值Ψ满足:

Ψ≤|Ψ0±ω|

所述Ψ0为极化转换效率期望值,ω为极化转换效率相对误差结果。

7.根据权利要求6所述的动态可调的双频带极化转换柔性超表面设计方法,其特征在于,所述超表面单元的极化转换效率Ψ的获得方法为:

式中,Rxy表示电磁波沿坐标y轴方向极化入射后转换成x轴方向极化反射形成的交叉极化反射系数,Ryy表示电磁波沿y轴方向极化入射后转换成y轴方向极化反射形成的同极化反射系数,二者获得方法表示如下,式中,i表示入射波,r表示反射波, 表示反射电场沿坐标轴x方向的电场分量, 表示入射电场沿坐标轴y方向的电场分量, 表示反射电场沿坐标轴y方向的电场分量;将坐标轴x、y逆时针旋转45°分别得到u、v轴; 为相位,m表示交叉极化反射系数在工作带宽内的任意一频点,n表示同极化反射系数在工作带宽内的任意一频点; 和 分别表示在任意频点m处沿u和v轴方向的反射相位; 和 分别表示在任意频点n处沿u和v轴方向的反射相位;α1表示交叉极化反射系数期望值,α2表示同极化反射系数期望值,β1表示交叉极化反射系数的相对误差,β2表示同极化反射系数的相对误差;

则所述超表面单元极化转换效率Ψ表示为:

8.根据权利要求7所述的动态可调的双频带极化转换柔性超表面设计方法,其特征在于,所述超表面单元交叉极化反射系数Rxy和同极化反射系数Ryy分别转换为交叉极化反射系数控制函数 和同极化反射系数控制函数

9.根据权利要求8所述的动态可调的双频带极化转换柔性超表面设计方法,其特征在于,所述超表面单元极化转换效率数值Ψ≤|Ψ0±ω|通过极化转换效率控制函数表示:进而得到超表面单元极化转换效率控制模型F(Ψ):

式中,J为极化转换超表面在工作带宽内随机频率采样点数,q1和q2分别表示交叉极化反射和同极化反射工作频率起始值,g1和g2分别表示交叉极化反射和同极化反射工作频率终值。