本發明涉及電磁材料技術領域，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：

電磁編碼超材料，又稱數字電磁超材料，由于其將對電磁波的控制數字化，使其在被提出至今一直廣受關注。現有的編碼超表面，通常是利用不同的結構，形狀，尺寸的基本單元通過諧振來實現不同的相位回復，對不同的相位回復用二進制編碼進行表征。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，將兩種基本單元進行二進制編碼為編碼單元“0”與編碼單元“1”。將編碼單元“0”和“1”按照設計的序列進行排列，可以實現所需要的功能。現有的編碼超表面，由于其相位回復是利用不同形狀，尺寸的結構單元的諧振來實現，很難在編碼單元內部進行相位調制，因此編碼單元都是由等相位結構單元組成的，不具有單獨的電磁特性。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種基于Pancharatnam-Berry相位的編碼相位梯度超表面，可以解決現有技術中存在的問題。

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編碼單元組成，每個所述編碼單元由多個結構單元組成，所述結構單元的相位回復基于Pancharatnam-Berry相位實現。

優選地，所述編碼單元根據組成其的所述結構單元的相位梯度變化，實現相應的電磁特性。

優選地，對每個所述編碼單元中的所有所述結構單元進行特定角度的旋轉，實現所述編碼單元的不同相位回復，進而實現對所述編碼單元的二進制編碼。

本發明的可以對編碼單元進行相位調控的編碼相位梯度超表面，這種基于Pancharatnam-Berry相位的對編碼單元進行相位調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，只需對結構單元旋轉特定的角度就可以實現，這為實現高分辨率的波束復形提供了很好的途徑。

與現有技術相比，本發明的優勢在于：

1、本發明是基于Pancharatnam-Berry相位設計的編碼梯度超表面，相位回復平穩，不同的旋轉角度之間的相位回復差固定，很容易實現寬頻帶的效果。在設計多比特編碼梯度超表面時，不用考慮太多的尺寸，形狀等參數，只需旋轉特定的角度來實現；

2、本發明在編碼單元內部進行了相位的設計，不同的相位設計可以實現不同的電磁功能(如異常反射，聚焦，成像等)，這種設計使得對電磁波的控制更加靈活多樣；

3、本發明設計的一種可以對編碼單元進行相位調控的編碼相位梯度超表面，在對回波波束的極化方式上有一定的調節作用；

4、本發明設計原理簡單易行，加工方便，在現有的成熟加工技術上實現了對電磁波更加靈活的調控。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實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構示意圖；

圖2a為圖1中組成編碼相位梯度超表面的結構單元的結構示意圖；

圖2b為圖2a中結構單元旋轉角度和旋轉方向的示意圖；

圖3a為圖2a中結構單元在8-22GHz下旋轉不同角度的相位回復；

圖3b為與圖3a中結構單元在8-22GHz下旋轉不同角度的相位回復對應的反射幅值；

圖4a為運用MATLAB計算的內部相位梯度為零的編碼單元產生的三維遠場散射圖；

圖4b為運用MATLAB計算的內部相位梯度不為零的編碼單元產生的三維遠場散射圖；

圖5a是在15GHz下，同一編碼序列010101，內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場散射圖的仿真結果；

圖5b是在15GHz下，同一編碼序列010101，內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場散射圖的仿真結果；

圖6a是在15GHz下，同一編碼序列010101/101010，內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場散射圖的仿真結果；

圖6b是在15GHz下，同一編碼序列010101/101010，內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場散射圖的仿真結果。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

參照圖1，為本發明實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由多個編碼單元200組成，Ф_mn是每個所述編碼單元200的相位回復，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中的行數和列數。每個所述編碼單元200由多個結構單元300組成，是每個所述結構單元300的相位回復，其中，x和y分別表示所述結構單元300在所述編碼單元200中的行數和列數。對所述編碼相位梯度超表面100中每個所述編碼單元200中的每個所述結構單元300的相位進行調制，使得所述編碼單元200具有特殊的電磁特性。

參照圖2a，所述結構單元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。該結構單元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。所述結構單元300在所述編碼單元200所在的平面內旋轉方向為逆時針方向，以實現相應的相位回復，如圖2b所示α。

參照圖3a和3b，可以看出相位回復很平穩，相位差很固定，且反射幅值相等，這樣更利于實現寬頻帶的設計，以及所述編碼單元200和其內部的相位調制。

參照圖4a和4b，可以看出內部相位梯度為零的所述編碼單元200直接將波束原路返回，而內部相位梯度不為零的所述編碼單元200發生了異常反射。可以說明進行了相位調制的所述編碼單元200發生了異常反射。

參照圖5a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，可以看出內部進行了相位調制的所述編碼單元200組成的編碼相位梯度超表面的反射波束發生了一定角度的偏轉。

參照圖6a和6b，可以看出內部進行了相位調制的所述編碼單元200組成的編碼相位梯度超表面的反射波束發生了一定角度的偏轉。

根據圖5a、5b和圖6a、6b的結果可以看出，內部進行了相位調制的所述編碼單元200組成的編碼相位梯度超表面在反射電磁波時，受到了編碼序列和編碼單元200內部相位梯度的共同影響。這使得對電磁波的控制更加靈活多樣，可以實現更復雜的電磁調控。

盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。