技术摘要：
本发明实施例公开了宽频梯度相位实现方法及超材料。宽频梯度相位实现方法，应用于超材料，所述超材料包括介质基板以及在介质基板上排列成阵列的多个第一人造微结构，所述多个第一人造微结构的每一者都包括第一外框图案。宽频梯度相位实现方法包括：使所述多个第一人造  全部
背景技术：
超材料(metamaterial)作为一种材料设计理念以及研究前沿，越来越引起人们的 关注。所谓超材料，是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复 合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限 制，从而获得超出自然界固有特性的超常材料功能。 超材料反射器是采用超材料形成反射面以反射电磁波的反射器。在超材料反射器 中，可以利用关键物理尺度的变化调制相位，即使采用平板状反射面也可以获得相位梯度 分布，从而对电磁波产生汇聚或分散的效果。 超材料反射器包括介质基板以及位于介质基板上的多个人造微结构。超材料反射 器的多个人造微结构的结构有序设计是影响电磁参数的重要因素。根据斯涅尔反射定律， 超材料反射器表面的多个人造微结构的相位梯度可以形成额外的平行波矢分量，从而对电 磁波的反射进行相位调制。如果超材料反射器表面的多个人造微结构的相位差按照抛物面 分布，就可以将平行入射的电磁波反射并且汇聚在焦点位置上。 然而，在超材料反射器的设计上还存在着挑战，不仅人造微结构的结构参数复杂， 而且相位梯度连续性差。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的在于在超材料中采用简化的结构设计参数以实现连 续性好的相位梯度响应。 根据本发明的一方面，提供一种宽频梯度相位实现方法，应用于超材料，所述超材 料包括介质基板以及在介质基板上排列成阵列的多个第一人造微结构，所述多个第一人造 微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第一人造微结构的每一者都包括第一 外框图案；其特征在于，所述宽频梯度相位实现方法包括： 使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、外轮廓尺寸彼 此相同、且导电线条或镂空线槽宽度逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响 应。 较佳地，还包括： 在特定频段，使所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、 外轮廓尺寸彼此相同、且导电线条或镂空线槽宽度逐渐增大，以使得所述超材料对电磁波 进行响应的相位逐渐减小。 较佳地，所述超材料还包括在介质基板上排列成阵列的多个第二人造微结构；所 述多个第二人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第二人造微结构的每 一者都包括第二外框图案和嵌套在第二外框图案内部的至少一个内框图案，所述至少一个 4 CN 111555036 A 说　明　书 2/8 页 内框图案与第二外框图案的形状相同；所述宽频梯度相位实现方法还包括： 使每个所述第二人造微结构的第二外框图案和至少一个内框图案的导电线条或 镂空线槽宽度彼此相同；或者 使每个所述第二人造微结构的第二外框图案和至少一个内框图案的导电线条或 镂空线槽宽度逐渐变化。 较佳地，所述超材料还包括在介质基板上排列成阵列的多个第二人造微结构；所 述多个第二人造微结构的图案由导电线条或镂空线槽构成，所述多个第二人造微结构的每 一者都包括第二外框图案和嵌套在第二外框图案内部的至少一个内框图案，所述至少一个 内框图案与第二外框图案的形状相同；所述宽频梯度相位实现方法还包括： 使多个第二人造微结构的多个第二外框图案的形状彼此相同、外轮廓尺寸彼此相 同、且导电线条或镂空线槽宽度逐渐变化；以及 使多个第二人造微结构的多个所述至少一个内框图案的形状彼此相同、外轮廓尺 寸彼此相同、且导电线条或镂空线槽宽度逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯 度响应。 较佳地，还包括： 通过设置所述第一外框图案的导电线条或镂空线槽宽度、所述第二外框图案的导 电线条或镂空线槽宽度、所述内框图案的数量、所述内框图案的导电线条或镂空线槽宽度 中的至少一个结构参数，使得所述超材料对电磁波具有连续变化的相位梯度响应。 根据本发明的另一方面，提供一种超材料，其特征在于，包括： 介质基板；以及 在介质基板上排列成阵列的多个第一人造微结构，所述多个第一人造微结构的图 案由导电线条或镂空线槽构成； 其中，所述多个第一人造微结构的每一者都包括第一外框图案；所述多个第一人 造微结构的多个第一外框图案的形状彼此相同、外轮廓尺寸彼此相同、且导电线条或镂空 线槽宽度逐渐变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响应。 较佳地，在特定频段，所述多个第一人造微结构的多个第一外框图案的形状彼此 相同、外轮廓尺寸彼此相同、且导电线条或镂空线槽宽度逐渐增大，以使得所述超材料对电 磁波进行响应的相位逐渐减小。 较佳地，还包括： 在介质基板上排列成阵列的多个第二人造微结构，所述多个第二人造微结构的图 案由导电线条或镂空线槽构成； 所述多个第二人造微结构的每一者都包括第二外框图案和嵌套在第二外框图案 内部的至少一个内框图案，所述至少一个内框图案与第二外框图案的形状相同。 较佳地，每个所述第二人造微结构的第二外框图案和至少一个内框图案的导电线 条或镂空线槽宽度彼此相同；或者 每个所述第二人造微结构的第二外框图案和至少一个内框图案的导电线条或镂 空线槽宽度逐渐变化。 较佳地，多个第二人造微结构的多个第二外框图案的形状彼此相同、外轮廓尺寸 彼此相同、且导电线条或镂空线槽宽度逐渐变化，并且多个第二人造微结构的多个所述至 5 CN 111555036 A 说　明　书 3/8 页 少一个内框图案的形状彼此相同、外轮廓尺寸彼此相同、且导电线条或镂空线槽宽度逐渐 变化，以获得所述超材料对电磁波的相位梯度响应。 根据本发明提供的超材料，其中，多个第一人造微结构在介质基板上排列成阵列。 所述多个第一人造微结构的形状和外轮廓尺寸彼此相同，只需要第一外框图案的导电线条 或镂空线槽宽度渐变就可以产生相位差。该超材料的多个第一人造微结构采用单一拓扑形 状，可以获得连续变化的相位梯度。因此，该超材料只需要仿真单一拓扑形状和少量的结构 参数，从而可以减少结构设计的难度，并且可以实现宽工作频带且相位梯度响应特性良好。 在优选的实施例中，每个第二人造微结构包括第二外框图案以及嵌入的至少一个 内框图案。在第二外框图案内部嵌入内框图案的数量以及内框图案的导电线条或镂空线槽 宽度渐变可以产生附加的相位差。该超材料的设计可以引入附加的相位差，从而获得角度 值范围更宽的相位梯度，在应用于平板天线时可以减小天线尺寸。 本发明采用简化的结构设计参数获得宽频带的相位梯度响应，可以满足超材料反 射面卫星天线、超材料天线罩等产品设计需要，例如用作卫星接收系统的平板天线。 附图说明 通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和 优点将更为清楚，在附图中： 图1示出根据现有技术的超材料反射器的截面示意图； 图2示出根据现有技术的超材料反射器中人造微结构的拓扑形状渐变示意图； 图3和4分别示出根据本发明第一实施例的超材料及人造微结构； 图5和6分别示出根据本发明第二实施例的超材料及人造微结构； 图7和8分别示出根据本发明第三实施例的超材料及人造微结构；以及 图9分别示出根据本发明第四实施例的超材料； 图10示出根据本发明实施例的超材料的相位参数随频率变化的曲线图。