CN110880646B - 一种全透到全吸的可调超表面、动态切换方法和可调器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全透到全吸的可调超表面、动态切换方法和可调器件，可调超表面为透射体系结构，并可进行完全透明与完全吸收之间的动态切换，动态切换方法包括：通过分别独立控制可调超表面两侧的有源元器件的电压来实现可调超表面完全透明与完全吸收之间的动态切换，可调器件包括上述可调超表面。本发明可实现完美透明和完美吸收，并且还可实现完美透明和完美吸收之间的动态切换。

Description

一种全透到全吸的可调超表面、动态切换方法和可调器件

技术领域

本发明涉及一种超表面，具体涉及一种全透到全吸的可调超表面、动态切换方法和可调器件。

背景技术

由于实践中许多不同的应用要求，以预先设计的方式操纵电磁波非常重要。例如，在电磁波滤波器和雷达天线罩相关的应用中，人们迫切需要能够在一定频段内完美传输电磁波的超薄材料；而且可以以100％的效率吸收电磁能量的薄膜也是迫切需求的，在能量收集和与隐身有关的应用中非常有用。而且，更令人着迷的是，如果可以将这两种功能组合到一个单一的设备中，通过某些外部的旋钮动态控制，该设备既可以充当理想的滤波器，也可以充当完美的吸收器(参见图1)。那么这种可调设备可能在许多应用场景中非常有用(例如，智能雷达天线罩和太阳能电池)。但由于超薄平板的两个电磁波特性(即散射和吸收)相互之间的耦合非常强，因此实现起来极具挑战性。实际上，早期的理论研究表明，超薄平板可实现的最大吸收为50％，更不用说使该器件具有主动可调性了。

超表面(特别是可调超表面)的最新发展为制造这种光学器件提供了可能的解决方案。超表面是由具有特定电磁特性的平面亚波长原子组成的超薄超材料，具有强大的控制电磁波的能力，可以实现完美传输和完美吸收电磁波的功能。通过集成有源元件，可以进一步构建具有功能可以动态切换的可调超表面，包括可调吸收器和滤波器。但是，到目前为止，大多数实现的可调超表面都是基于相对容易设计的反射体系结构，因为在这样的系统中仅存在两个通道用于电磁波的辐射或消散(即，反射端口和吸收)。相反，很少看到透射体系下的高性能可调超表面，更不用说那些具有动态切换双重功能的可调超表面。内在物理是这样的：透射体系的超表面具有三个通道(即透射和反射端口以及吸收)来传输/耗散能量，必须仔细平衡它们才能产生所需的功能(即完美的透射或完美的吸收)。但是，这三个通道之间的竞争非常复杂，这使得传输吸收可切换的超表面很难实现，尤其是在超薄平板上。

发明内容

本发明为了解决上述问题，从而提供一种可实现完全透明与完全吸收之间动态切换的全透到全吸的可调超表面。

另外还提供了一种可调超表面如何实现完全透明与完全吸收之间动态切换的动态切换。

再者还提供了一种可进行完美吸波和完美滤波之间切换的可调器件。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种全透到全吸的可调超表面，所述可调超表面为透射体系结构，并可进行完全透明与完全吸收之间的动态切换。

通过将可调超表面采用透射体系结构，可实现可调超表面可分别处于完全透明状态和完全吸收状态，并且还可实现完全透明状态和完全吸收状态之间的动态切换。

在本发明的一个优选实施例中，所述可调超表面由若干个相同的可调单元组成。

这样使得本申请可根究实际需求，通过选择对应个数的可调单元来拼接成对应尺寸的可调超表面，满足各种尺寸需求，提高使用范围。

在本发明的一个优选实施例中，所述可调单元为三层结构，由上层、中间层和下层组成，所述上层和下层对称设置在中间层两侧，所述中间层的中间部位设有通孔，所述上层和下层上分别设有可独立控制电压的有源元器件。

通过将可调超表面设置成三层结构，并且中间层中间部位设有通孔，这样使得可调超表面为透射体系结构，

而通过在上层和下层上分别设置可独立控制电压的有源元器件，这样便于独立调节可调超表面两侧的有源元器件的电压。

在本发明的一个优选实施例中，所述中间层为一金属片，在金属片中间部位开设通孔，所述上层包括第一介质片和两个相同的第二金属片，所述第一介质片的下表面与第一金属片的上表面接触，两个第二金属片对称且不接触的设置在第一介质片的上表面，所述下层括第二介质片和两个相同的第三金属片，所述第二介质片的上表面与第一金属片的下表面接触，两个第三金属片对称且不接触的设置在第三介质片的下表面，所述有源元器件为PIN二极管，所述PIN二极管设置在第一介质片的上表面或第二介质片的下表面，且位于两个第二金属片或第三金属片之间，且与两个第二金属片或第三金属片连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述金属片、第二金属片和第三金属片都由铜制成。

另外，本发明还提供了一种基于上述可调超表面实施的动态切换方法，其包括：

通过分别独立控制可调超表面两侧的有源元器件的电阻来实现可调超表面完全透明与完全吸收之间的动态切换。

在本发明的一个优选实施例中，所述动态切换方法包括如下步骤：

S1，将可调超表面两侧的有源元器件的电压都设置为0V，这时可调超表面处于完全透明状态；

S2，将可调超表面一侧的有源元器件的电压保持不变，继续设置为0V，将可调超表面另一侧的有源元器件的电压从0V连续增加到对应的电压指数，然后将另一侧的有源元器件的电压保持不变，将可调超表面一侧的有源元器件的电压从0V连续增加到对应的电压指数，这时可调超表面处于完全吸收状态；

S3，通过重复上述S1和S2，就可实现可调超表面完全透明与完全吸收之间的动态切换。

再者，本发明还提供了一种可调器件，其包括上述可调超表面。

可调器件通过采用上述可调超表面，可实现完美吸波和完美滤波，并还可实现完美吸波和完美滤波之间的切换，从而将滤波器和吸收器集合一体，大大降低了成本。

在本发明的一个优选实施例中，所述可调器件为智能雷达天线罩或太阳能电池。

本发明的有益效果是：

本发明可实现完美透明和完美吸收，并且还可实现完美透明和完美吸收之间的动态切换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为采用反射体系结构的超表面的工作示意图，其中，(a)完美的透明和(b)完美的吸收体，(c)和(d)是σ＝0(完全透明)和σ＝2/(Z₀h)(最大吸收率A＝50％)的导电表面的工作状态；

图2为可调单元的层次结构示意图；

图3为可调单元的产品俯视图；

图4为可调超表面的产品俯视图；

图5为可调单元中PIN二极管的等效电路图；

图6为可调超表面对称模式下的实验图，其中(c)-(I)为通过实验(符号)，FDTD模拟(曲线)和CMT模式(短点)获得的，具有不同偏置电压或PIN二极管等效电阻的透射率，反射率和吸收率；

图7为耦合模理论分析实验图，其中(a)为两个共振体和两个端口的系统模型，(b)为贴片共振体的吸收损耗(Γ^A)与偏置电压V_g的函数关系，(c)为对称模式和反对称模式的透射随电压V_g的函数关系，(d)为对称模式和反对称模式的反射随电压V_g的函数关系，(e)为对称模式和反对称模式的吸收随电压V_g的函数关系，(f)为对称和反对称集体模式的幅度随电压V_g的函数关系；

图8为三层可调超表面的一般相图，其中，(a)为如何独立施加偏置电压的方案，(b)为透射率随吸收损耗(

和

)的变化相图，(c)为吸收随吸收损耗(

和

)的变化相图，(d)为t₊和t_-的史密斯曲线沿着相图中的实线路径，(e)为r₊，r_-和r_X的史密斯曲线沿着相图中的实线路径；

图9为可调超表面非对称模式下的实验图，其中(a)-(f)为通过实验(符号)，FDTD模拟(曲线)和CMT模式(短点)获得的，偏置电压分别作用于可调超表面两侧时的透射率，反射率和吸收率。

附图标记：上层100；第二金属片110；第一介质片120；中间层200；下层300；第三金属片310；第二介质片320；通孔210；PIN二极管。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

本发明提供了一种全透到全吸的可调超表面，其为透射体系结构，并可进行完全透明与完全吸收之间的动态切换。

可调超表面具体由若干个相同的可调单元组成，每个可调单元都可进行完全透明与完全吸收之间的动态切换，这样可根究实际需求，通过选择对应个数的可调单元来拼接成对应尺寸的可调超表面，从而满足各种尺寸需求，提高使用范围。

参见图2，透射体系结构的可调单元为三层结构，由上层100、中间层200和下层300组成，上层100和下层300对称设置在中间层200两侧，在中间层200的中间部位设有通孔210，上层100和下层300上分别设有可独立控制电压的有源元器件400，这样通过分别独自控制上层100和下层300上的有源元器件400的电阻，从而来实现完全透明与完全吸收之间的动态切换。

基于上述可调超表面的实施，本发明还提供了一种动态切换方法，其包括：

通过分别独立控制可调超表面两侧的有源元器件400的电阻来实现可调超表面完全透明与完全吸收之间的动态切换。

上述动态切换方法具体包括如下步骤：

S1，将可调超表面两侧的有源元器件400的电压都设置为0V，这时可调超表面处于完全透明状态；

S2，将可调超表面一侧的有源元器件400的电压保持不变，继续设置为0V，将可调超表面另一侧的有源元器件400的电压从0V连续增加到对应的电压指数，然后将另一侧的有源元器件400的电压保持不变，将可调超表面一侧的有源元器件400的电压从0V连续增加到对应的电压指数，这时可调超表面处于完全吸收状态；

S3，通过重复上述S1和S2，就可实现可调超表面完全透明与完全吸收之间的动态切换。

下面是本申请的一个具体应用实例：

参见图2至图4，可调单元的中间层200为一矩形状的金属片，在金属片中间部位开设矩形状的通孔210。

上层100包括两个相同的第二金属片110和第一介质片120，第一介质片120的下表面与金属片的上表面接触，两个第二金属片110对称且不接触的设置在第一介质片120的上表面。

下层300包括两个相同的第三金属片310和第二介质片320，第二介质片320的上表面与金属片的下表面接触，两个第三金属片310对称且不接触的设置在第三介质片320的下表面。

上述金属片、第二金属片110和第三金属片310都由铜制成。

有源元器件400具体为PIN二极管，型号具体可为：SMP1321-079，PIN二极管设置在第一介质片120的上表面或第二介质片320的下表面，且位于两个第二金属片110或第三金属片310之间，且PIN二极管的两个引脚分别与两个第二金属片110或第三金属片310连接。

通过将两个PIN二极管分别连接两个不同的电源，通过分别独立控制两个PIN二极管上的电压大小，来独立控制两个PIN二极管的电阻，从而来实现可调超表面完全透明或完全吸收，以及完全透明与完全吸收之间的动态切换。

基于上述应用实例，本申请还进行了如下实验来对分别独立控制可调超表面两侧的有源元器件400的电压实现可调超表面完全透明或完全吸收，以及完全透明与完全吸收之间的动态切换进行验证：

(1)首先对可调单元两侧的PIN二极管由相同电压进行控制进行验证：

我们从验证三层超表面的电磁特性开始，该三层超表面具有以相同方式集成和控制的主动元器件。我们选择了这种ABA几何结构来构建被动超表面，因为这种结构已被证明在适当的条件下，在一定的频率范围内可以完美地传输电磁波。被动超表面由A层、B层和A层构成三明治结构。为了使超表面主动可调，我们将PIN二极管分别插入两个A层中。我们在每个PIN二极管上施加相同的偏置电压(V_g)，这可以调整动态电阻R_D，进而调整两个A层的贴片谐振器的电磁特性。

我们根据上述结构制作了一个样品(参见图3-图4)，即上述应用实例的可调单元，然后将其电磁特性表征为改变偏置电压V_g。在我们的测量中，我们通过喇叭天线发出的x偏振平面波，以小的入射角(～5°)照射样品，然后通过另一个喇叭天线收集反射和透射的信号。源喇叭天线和探测喇叭天线都连接到矢量场分析仪(AgilentE8362C)。

图6(c-g)描述了所测得的透射/反射谱线如何随所施加的偏置电压而变化。当PIN二极管无偏置电压时(V_g＝0V)，表示每个PIN二极管具有最大电阻R_D～10⁶Ω时，超表面会出现一个透明窗口(5.8-7.4 GHz)并且具有两个理想的透射峰，这是由于ABA结构的共振诱导透明造成的。同时，如预期的那样，超表面表现出可忽略的吸收(吸收几乎为0)。随着V_g的增加，我们所设计的超表面的透射率持续下降，同时两个峰值保持相同的频率。在阈值偏置电压(V_s＝0.55V)下，PIN二极管显示出足够小的电阻(R_D～300Ω)，以良好的电连接两个相邻的第二金属片110或第三金属片310，从而完全消除了上层100和下层300所支持的原始谐振。结果，我们的超表面的透射光谱在V_g＞V_s处不再显示任何透明性，这仅仅是因为上层100和下层300中的共振被电短路杀死了。所有实验结果都与在实际系统上的有限差分时域(FDTD)仿真非常吻合，在该系统中，PIN二极管的等效电路由电容(C_D)和电阻(R_D)组成(参见图5)。在我们的仿真中，我们将C_D设置为0.15pF，并通过将FDTD结果与实验数据仔细拟合来检验R_D～V_g的关系。我们的实验结果清楚地表明，可以通过调整偏置电压来实现全范围透射率调制。

另一方面，与透射谱相比，我们超表面的吸收谱表现出明显的Vg依赖性。如图6(h-I)所示，随着V_g从0V增加到0.6V，在吸收谱(定义为A＝1-|t|²-|r|²)中出现一个峰。吸收强度随着透射率的减少而单调增加。但是，随着V_g进一步增加到超过临界值(0.55V)，吸收值开始下降，表明这种系统在临界偏压下表现出最大吸收率(A≈66％)在特殊电压下(V_g＝0.55V)。与具有最大吸收A＝50％的单个导电材料相比，我们采用的三层透射结构可以实现最大吸收的增强，但实现的值仍远远小于100％。显然，随着V_g＞0.55V，反射率开始急剧增加，这解释了为什么我们不能通过抑制透射率来进一步增强吸收。

(2)然后，我们使用耦合模理论(CMT)揭示这种问题是由具有反对称性的超薄系统的传输和吸收特性之间的固有相关性引起的：

我们使用耦合模模型来分析此类可调超表面的电磁特性。注意到中间层200可以很好地阻挡256Hz以下频率的电磁波(网格的截止频率)，并且上层100和下层300的两个第二金属片110和两个第三金属片310分别会产生两个电谐振，我们可以将这样的系统描述为2端口-2模式的模型谐振器嵌入不透明的背景内(参见图7(a))。因此，根据耦合模模型，我们发现两个谐振模式(由上层100和下层300贡献)的振幅a_i(i＝1，2)的时间演化受以下方程式控制：

这里的f₁和f₂是两个共振模式的共振频率，

和

是第i个模式的辐射和吸收损耗，d_ni是描述了第i个模式和n个端口之间的耦合，k定义为两个模式之间的近场耦合，X表示在远处两个共振模式的之间的相互作用。公式1适用于任何2模式的系统。对于上一节研究的情况，不同参数之间的关系为：f₁＝f₂，

因此，我们有四个独立的模型参数(f₁，

k)，可以通过拟合FDTD模拟结果得到。

我们将等式中的矩阵对角化，并得出以下公式以确定两个集体模式的振幅

的演变(代数(～)表示集体模式的耦合模参数)

在这里

和

是两个集体模式的共振频率，辐射损耗可以表示为

和

是吸收损耗。“+”表示对称模式

“-“表示反对称模式

通过标准的耦合模理论分析，我们发现透射和反射的表达式为：

这里，为简单起见，我们假设通过背景(即中间层200)的透射率基本上为0，而来自背景的反射率为-1，这是在远低于截止频率的合理假设。

通过仔细的去拟合参数(f₁，

k)，所有显示在图6中的实验/模拟结果都能被耦合模理论所完美描述(等式(3)-(4))。我们先考虑无电压情况(V_g＝0V)，我们发现这些拟合参数应该设置为f₀＝f₁＝f₂＝6.6，

k＝-0.8，|d₁₁|²＝|d₂₂|²＝1.07，|d₁₂|²＝|d₂₁|²＝0.01，它们的单位都是GHz.通过等式(3)-(4)计算的透射/反射/吸收光谱，都绘制在图6(c)和图6(h)中，与仿真和实验结果均非常吻合。

为了更清楚地揭示基本物理原理，我们将系统的透射/反射系数(t和r)和吸收率(A)重写为以下独立振荡器形式

通过仔细检查等式(5)，我们发现

是唯一由外部偏置电压V_g调节的参数，它在操纵系统的电磁响应中起重要作用。我们通过将耦合模光谱与FDTD光谱拟合(参见图6(c-l)中的虚线)来检索

关系(参见图7(b))。显然，由于V_g的增加降低了PIN二极管的等效电阻并因此提高了吸收，因此

随V_g的增加函数。通过在工作频率(f₀)上等式(5)得到t_j(f₀)～V_g，r_j(f₀)～V_g和A_j(f₀)～V_g的关系，如图7(c-e)所示。为了更好地说明物理学，我们在图7(c，d)中绘制了复杂的透射和反射系数如何随电压V_g变化(即史密斯曲线)而变化的图。我们发现我们系统的透射率相对于

单调降低，但吸收率A对V_g表现出非单调依赖性，在临界值V_g＝0.55V时达到最大值。

现在，我们基于简化模型(等式(5))建立了清晰的物理图像，以了解上一节中的实验行为。显然，由于没有背景传输(由于存在中间层200)，因此两种集合模式(即

)的强度直接决定了传输信号，并且这些“模式”的重新辐射是唯一产生透射信号的源。偏置电压V_g的增加会增加共振模式内部的本征吸收，进而抑制模式振幅

(参见图7(f))。最终导致，透射率减小，这表现出对V_g的单调依赖性。但是，相同的论点不适用于系统的吸收率A，因为集体模式的吸收率

不仅取决于模式强度

而且取决于吸收损耗

。而事实是

和

对V_g表现出相反的依赖性，因此，它们的竞争导致A对V_g的非单调依赖性。特别是，这种竞争表明吸收A永远无法达到100％，但在特定的临界偏置电压下表现出最大值。

如图7(c，d)清楚所示，系统拥有的对称性(带有或不带有外部偏置电压)对两个集合模式向两个不同端口的重新辐射施加了以下严格约束：r₊＝t₊和r_-＝-t_-。这种对称保护的性质将透射系数t与反射系数r联系起来。特别是，虽然增加Vg可以通过减小两个散射幅度t₊和t_-来减小t(参见图7(c))，但它也会抑制r₊和r_-的强度，从而导致反射增强(＝-1+r₊+r_-，参见图7(d))。|t|和|r|这种相反的对V_g的依赖性是解释吸收A的非单调V_g依赖性的关键原因。

(3)然后，我们进一步使用耦合模理论对这个上层100和下层300可以用不同方式控制的可调单元建立通用相图，并揭示了这种主动插入不对称因素对两个强互相作用的特性进行解耦的关键作用：

由于超表面所具有的反演对称性对系统的透射和吸收特性施加了严格的约束。因此，为了对给定系统的透射和吸收特性实现全范围和独立的操纵，我们必须打破系统的对称性。在这里，我们继续使用对称ABA系统作为基本结构，因为它无需外部控制即可显示出完美的透明度。但是，我们选择在上层100和下层300中加载的PIN二极管上施加不同的电压(V_g，1≠V_g，2)(请参见图8(a))，从而导致不同的吸收损耗

在我们的耦合模模型中。在这样的偏置条件下，我们发现对称和反对称模式振幅

的演化受如下等式影响：

这里

最终得到的透射和反射表达式为：

这里

值得注意的是，由于出现了交叉耦合吸收损耗

t_j和r_j与等式(5)中的形式不同，尽管它们具有与等式(5)中定义的相似的物理含义。同时，在这种不对称情况下出现了两个新术语：

and

分别表示反射系数和透射系数的交叉耦合项。进一步考虑两个集合模式的对称性(

和

)，我们发现t_X严格为零而r_X不为零。

现在，我们使用等式(7-8)计算我们的超表面，研究透射和吸收(以频率f₀＝6.6GHz计算)如何针对两个吸收损耗

变化，并在所示的两个相图中描述获得的结果在图8(b)和(c)中。我们发现现在可以通过适当地调整两个偏置电压(同样是

和

)，就可以在整个范围内独立控制系统的透射率和吸收率。如图8(b)所示，当

(表示为状态I)时，发生了完美的透射，而透射率随着我们增加

或者

(或两者都增加)而显着降低。然而，吸收表现出更多有趣和丰富的行为。如图8(c)所示，完美吸收(A≈1)仅在吸收损耗满足

和

(表示为状态III)的特定区域内发生。计算出的吸收显着下降，随着离开该区域无论吸收损耗增加还是减小。我们注意到，完全吸收不会沿着满足

的直线发生，这与我们上述描述的对称偏置系统的实验结果一致。但是，在目前两个偏置电压独立变化的情况下，我们可以选择连接相图中两个状态的任何适当路径，以实现从完全透明(状态I)到完全吸收状态(状态III)的功能转换。

在不失一般性的前提下，我们选择一条特定的路径来说明基础物理学。我们将中间状态定义为状态II

，以通过两条直线连接状态I和III(请参见图8(b)和(C))。已知

关系(参见图7(b))，因此我们明确地知道两个偏置电压(V_g，1，V_g，2)沿路径如何变化。为了与对称情况进行清楚的比较(图7(c-d))，我们故意在图8(d)和(e)中描绘史密斯曲线，说明复振幅t₊，t_-，和r₊，r_-沿图8(b-c)中定义的路径变化。不足为奇的是，图8(d-e)中的所有史密斯曲线都包含两个部分，它们对应于这些复杂振幅沿I-II路径和II-III路径的演变。图8(d-e)和图7(c-d)之间的比较清楚地表明了由不对称引起的项r_X所起的作用。与对称情况类似，在非对称情况下，我们也发现||r₊+r_-|的强度随着|t₊+t_-|的消失而减少。但是，这里我们有一个额外的r_X来抵消背景反射项-1(参见等式(8))，这破坏了t和r之间的本征相关性。结果，通过有针对性地调整该项，我们可以同时抑制透射和反射，最终在特定条件下实现完美吸收。

(4)最后得出验证结果：

如图8(a)所示，我们按照上述要求在上层100和下层300的PIN二极管上施加了不同的偏置电压，并测量了超表面的透射率/反射率光谱。首先，保持V_g，1＝0V，我们将V_g，2从0V连续增加到0.6V，从而驱动系统从状态I转换为状态II。我们系统测得的透射光谱在图9(a)和(b)中表示。与我们的理论预测一致，系统的峰值透射率会随着沿这条线变化的偏置电压从近100％变为近零。同时，我们注意到反射率大大增加，因此在状态II下总吸收不会达到100％，这也与理论预测相符。接下来，我们使V_g，2保持不变，但将V_g，1从0增加到0.53V，这对应于从状态II到状态III的路径，如图8(b)和(c)。图9(c)和(f)描绘了我们的系统在状态III下测得的透射/反射/吸收光谱，清楚地表明该系统(在此状态下)确实可以吸收电磁波，从而完全抑制了透射和反射，在工作频率窗口内。这些结果清楚地表明，我们可以按照图8(b-c)中定义的路径使用非对称偏置控件将设备的功能从完美的透明性转换为完美的吸收性。当然，也可以选择链接状态I和III的其他路径来实现所需的功能切换。最后，我们还对研究案例进行了FDTD仿真，然后从仿真光谱中检索了CMT参数。通过FDTD模拟和CMT模型获得的光谱与实验结果非常吻合(参见图9(a-f))。

另外，本发明还提供了一种可调器件，其包括上述可调超表面。

可调器件具体可为智能雷达天线罩或太阳能电池。

可调器件通过采用上述可调超表面，可实现完美吸波和完美滤波，并还可实现完美吸波和完美滤波之间的切换，这样可将滤波器和吸收器集合一体，大大降低了成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种全透到全吸的可调超表面，其特征在于，所述可调超表面为透射体系结构，并可进行完全透明与完全吸收之间的动态切换；所述可调超表面由若干个相同的可调单元组成；所述可调单元为三层结构，由上层、中间层和下层组成，所述上层和下层对称设置在中间层两侧，所述中间层的中间部位设有通孔，所述上层和下层上分别设有可独立控制电压的有源元器件；

可调超表面具体由若干个相同的可调单元组成，每个可调单元都可进行完全透明与完全吸收之间的动态切换；

透射体系结构的可调单元为三层结构，由上层、中间层和下层组成，上层和下层对称设置在中间层两侧，在中间层的中间部位设有通孔，上层和下层上分别设有可独立控制电压的有源元器件；

所述中间层为一金属片，在金属片中间部位开设通孔，所述上层包括第一介质片和两个相同的第二金属片，所述第一介质片的下表面与金属片的上表面接触，两个第二金属片对称且不接触的设置在第一介质片的上表面，所述下层括第二介质片和两个相同的第三金属片，所述第二介质片的上表面与金属片的下表面接触，两个第三金属片对称且不接触的设置在第三介质片的下表面，所述有源元器件为 PIN 二极管，所述 PIN 二极管设置在第一介质片的上表面或第二介质片的下表面，且位于两个第二金属片或第三金属片之间，且与两个第二金属片或第三金属片连接。

2.根据权利要求 1所述的一种全透到全吸的可调超表面，其特征在于，所述金属片、第二金属片和第三金属片都由铜制成。

3.一种用于如权利要求 1-2任意一项的所述的可调超表面的动态切换方法，其特征在于，所述动态切换方法包括：

通过分别独立控制可调超表面两侧的有源元器件的电阻来实现可调超表面完全透明与完全吸收之间的动态切换。

4.根据权利要求 3所述的一种动态切换方法，其特征在于，所述动态切换方法包括如下步骤：

S1，将可调超表面两侧的有源元器件的电压都设置为 0V，这时可调超表面处于完全透明状态；

S2，将可调超表面一侧的有源元器件的电压保持不变，继续设置为 0V，将可调超表面另一侧的有源元器件的电压从 0V 连续增加到对应的电压指数，然后将另一侧的有源元器件的电压保持不变，将可调超表面一侧的有源元器件的电压从 0V 连续增加到对应的电压指数，这时可调超表面处于完全吸收状态；

S3，通过重复上述 S1 和 S2，就可实现可调超表面完全透明与完全吸收之间的动态切换。

5.一种可调器件，其特征在于，所述可调器件包括权利要求 1-3任意一项所述的可调超表面。

6.根据权利要求 5所述的一种可调器件，其特征在于，所述可调器件为智能雷达天线罩或太阳能电池。

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