CN112332103B - 一种超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法，涉及超表面技术领域，用以简化可重构超表面所包括的超材料单元的结构，降低制作难度。该超材料单元包括反射部以及其下方的第一介质部、上方的第二介质部，第一介质部朝向反射部的表面开设容纳第一工作流体的储液槽；第二介质部远离反射部的表面开设容纳第二工作流体的电解液槽，电解液槽与储液槽连通。超材料单元处于非填充状态，第二工作流体为电解液；当施加在储液槽内电解液的电压高于施加在电解液槽内电解液的电压时，超材料单元处于填充状态，第二工作流体至少包括液态金属。本发明提供的超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法用于超表面的制作及编码。

Description

一种超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法

技术领域

本发明涉及超表面技术领域，尤其涉及一种超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法。

背景技术

超表面是一种超薄的二维超材料层。在制作过程中，亚波长的超材料基本单元周期性或非周期性排列，形成超表面。

与三维电磁超材料相比，超表面大大降低了制作工艺的要求，具有损耗低、重量轻、集成度高等优点。到目前为止，超表面已经显示出了巨大的应用前景，并且出现了各种具有特定功能的电磁器件，例如平面透镜、波束偏转器、偏振器、低散射反射面和全息板等。为了满足日益增长的多功能通信系统的需求，在光学、太赫兹和微波领域，可重构超表面的现实可能性已经得到证明。但是构成可重构超表面的超材料单元往往需要变容二极管、PIN二极管开关和微机电系统(MEMS)开关以及基片等，结构复杂，制作困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超材料单元、超表面、电磁设备及编码方法，以简化可重构超表面的超材料单元的结构，降低制作难度。

第一方面，本发明提供一种超材料单元。该超材料单元包括反射部、位于反射部下方的第一介质部以及位于反射部上方的第二介质部，第一介质部朝向反射部的表面开设有容纳第一工作流体的储液槽；第二介质部远离反射部的表面开设有容纳第二工作流体的电解液槽，电解液槽与储液槽连通。超材料单元的状态包括非填充状态和填充状态；当超材料单元处于非填充状态，第一工作流体包括液态金属和电解液，第二工作流体为电解液；当施加在储液槽内电解液的电压高于施加在电解液槽内电解液的电压时，超材料单元处于填充状态，第二工作流体至少包括液态金属。

与现有技术相比，本发明的超材料单元包括开设储液槽的第一介质部和开设电解液槽的第二介质部，并且超材料单元具有填充状态和非填充状态两种状态。当超材料单元处于非填充状态时，储液槽中容纳液态金属和电解液，电解液槽中容纳电解液。当施加在储液槽内电解液的电压高于施加在电解液槽内电解液的电压时，储液槽中的液态金属流入电解液槽，使得电解液槽中至少包括液态金属，超材料单元从非填充状态转变为填充状态。当停止施加电压或施加在储液槽内电解液的电压小于等于施加在电解液槽内电解液的电压时，电解液槽中的液态金属回流到储液槽中，超材料单元从填充状态转变为非填充状态。

可见，本发明通过控制施加在电解液槽和储液槽内工作流体的电压(包括停止施加电压)，就可以控制超材料单元在填充状态和非填充状态之间切换，实现超材料单元的重构，控制方法简单。并且，本发明的超材料单元包括反射部、第一介质部和第二介质部，且第一介质部和第二介质部仅需要刻蚀出槽体结构即可，结构简单，制作工艺难度较低。由此可见，本发明的超材料单元在具有重构特性的同时，结构简单，制作难度低。

另外，与现有技术中需要集成变容二极管、PIN二极管开关和MEMS开关等器件实现重构特性相比，本发明的超材料单元通过容纳第一工作流体的储液槽和容纳第二工作流体的电解质槽，对两个工作流体施加电压后即可实现超材料单元的重构，结构简单，制作工艺难度低。

第二方面，本发明提供一种超表面。该超表面包括多个第一方面所描述的超材料单元。

第二方面提供的超表面的有益效果可以参考第一方面所描述的超材料单元的有益效果。并且，由于超材料单元具有两种状态，且可以在两种状态之间进行变换，因此，可以利用这两种状态的超材料单元构成编码“0”和“1”，从而构成不同编码方式的超表面，并利用超材料单元的可重构性进行超表面不同编码方式之间的变换。

第三方面，本发明提供一种电磁设备。该电磁设备应用第二方面所描述的超表面，其中，电磁设备为雷达隐身设备、微波成像设备或天线。

第三方面提供的电磁设备的有益效果可以参考第二方面所描述的超表面的有益效果，在此不再赘述。

第四方面，本发明提供一种编码方法。该编码方法应用第二方面所描述的超表面，编码方法包括：

接收电磁调制信息。该电磁调制信息包括目标编码参数。

根据电磁调制信息从预设对应关系确定重构控制策略。该重构控制策略包括符合电磁调制信息的多个超材料单元的状态信息。该预设对应关系包括多个超材料单元的状态信息与超表面具有的编码方式的对应关系。

根据重构控制策略控制各个超材料单元的状态，使得超表面所具有的编码方式满足电磁调制信息。

第四方面提供的编码方法的有益效果可以参考第二方面所描述的超表面的有益效果，在此不再赘述。

第五方面，本发明提供一种终端设备。该终端设备包括处理器以及与处理器耦合的通信接口。处理器用于运行计算机程序或指令，以实现第四方面所描述的编码方法。

第五方面提供的终端设备的有益效果可以参考第四方面所描述的编码方法的有益效果，在此不再赘述。

第六方面，本发明提供一种计算机存储介质。该计算机存储介质中存储有指令。当指令被运行时，实现第四方面所描述的编码方法。

第六方面提供的计算机存储介质的有益效果可以参考第四方面所描述的编码方法的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的超材料单元的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的超材料单元从非填充状态转变为填充状态时液态金属流向示意图；

图3为本发明实施例提供的超材料单元的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的超材料单元两种状态下的反射相位随频率变化关系图。

附图标记：

10-反射部，11-第一介质部，111-储液槽，12-第二介质部，121-电解液槽，122-金属侧壁，13-第三介质部，14-通孔，15-阴极，16-阳极。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

另外，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

超材料(Electromagnetic Metamaterials)是由亚波长金属、介电微米或纳米结构单元设计形成的具有特定电磁响应的人工材料。由于其特殊的操纵电磁波的能力，超材料在过去几十年里引起了广泛的研究。这些电磁波控制能力是自然产生的材料无法实现的，通常是由超材料的相位、振幅和极化的局部控制来实现。

超表面是一种二维超材料层。在超薄尺寸上制造周期性或非周期性排列亚波长超材料单元可以形成超表面。与三维超材料相比，超表面大大降低了制作工艺的要求，具有损耗低、重量轻、集成度高等优点。到目前为止，超表面已经显示出巨大前景，并且出现各种具有特定功能的电磁器件。例如平面透镜、波束偏转器、偏振器、低散射反射面和全息板等。

然而，现有的超表面大多由固定的结构组成，一般表现为单一的功能特性。为了满足日益增长的多功能通信系统的需求，近年来，在光学、太赫兹和微波领域，可重构超表面的现实可能性已经得到了证明。在实际应用中，在超表面的基板上集成变容二极管、PIN二极管开关和MEMS开关等离散元素可以实现超表面在微波域的可重构性，以实现天线等组件可调的电磁响应。

目前已有的多数可重构的超表面通过PIN二极管来动态操纵极化、相位或波束形成，结构复杂，制作难度大。并且，这类结构的可重构超表面封装集成和系统小型化难度较大。

鉴于上述技术问题，本发明实施例提供一种电磁设备。该电磁设备应用超表面。此时，该电磁设备具有超表面所具有的对电磁波的特定调控特性。具体的，电磁设备可以为雷达隐身设备，也可以为微波成像设备，也可以为天线等，且不仅限于此。

本发明实施例还提供一种超表面。该超表面可应用于对毫米波至太赫兹频段电磁波的调控。该超表面包括多个超材料单元。多个超材料单元周期性排布，可以构成超表面。

如图1所示，上述超材料单元包括反射部10、位于反射部10下方的第一介质部11以及位于反射部10上方的第二介质部12，第一介质部11朝向反射部10的表面开设有容纳第一工作流体的储液槽111；第二介质部12远离反射部10的表面开设有容纳第二工作流体的电解液槽121，电解液槽121与储液槽111连通。超材料单元的状态包括非填充状态和填充状态；当超材料单元处于非填充状态，第一工作流体包括液态金属和电解液，第二工作流体为电解液；当施加在储液槽111内电解液的电压高于施加在电解液槽121内电解液的电压时，超材料单元处于填充状态，第二工作流体至少包括液态金属。应理解，超材料单元处于非填充状态时，电解液槽121容纳的第二工作流体为电解液，没有液态金属。超材料单元处于填充状态时，电解液槽121容纳的第二工作流体至少包括液态金属，该液态金属至少覆盖电解液槽121的底面，形成液态金属薄层。

如图2所示，具体实施过程中，超材料单元初始状态为非填充状态时，储液槽111中容纳液态金属和电解液，电解液槽121中容纳电解液。当施加在储液槽111内电解液的电压高于施加在电解液槽121内电解液的电压时，储液槽111中的液态金属流入电解液槽121，使得电解液槽121中至少包括液态金属，超材料单元从非填充状态转变为填充状态。当停止施加电压或施加在储液槽111内电解液的电压小于等于施加在电解液槽121内电解液的电压时，电解液槽121中的液态金属回流到储液槽111中，超材料单元从填充状态转变为非填充状态。可见，本发明实施例通过控制施加在电解液槽121和储液槽111内工作流体的电压(也包括停止施加电压)，就可以控制超材料单元在填充状态和非填充状态之间切换，实现超材料单元的重构，控制方法简单。并且，本发明实施例的超材料单元包括反射部10、第一介质部11和第二介质部12，且第一介质部11和第二介质部12仅需要刻蚀出槽体结构，容纳工作流体即可，结构简单，制作工艺难度较低。由此可见，本发明实施例的超材料单元在具有重构特性的同时，结构简单，制作难度低。另外，与现有技术中需要集成变容二极管、PIN二极管开关和MEMS开关等器件实现重构特性相比，本发明实施例的超材料单元通过容纳第一工作流体的储液槽111和容纳第二工作流体的电解质槽，施加电压后即可实现超材料单元的重构，结构简单，制作工艺难度低。

应理解，在超材料单元从填充状态转变为非填充状态的过程中，可以停止施加电压，使得电解液槽121和储液槽111处于无外加电压的自然状态。由于电解液槽121的位置高于储液槽111的高度，在重力作用下液态金属可以回落到储液槽111中，超材料单元转变为非填充状态。当然，也可以控制施加在储液槽111内电解液的电压低于施加在电解液槽121内电解液的电压，液态金属在电压差的驱动下回落到储液槽111中。还可以控制施加在储液槽111内电解液的电压等于施加在电解液槽121内电解液的电压，此时，液态金属在重力作用下回落到储液槽111中。

施加在储液槽111内电解液的电压与施加在电解液槽121内电解液的电压之间的电压差越大，液态金属面对较低电压的一侧的表面张力越小。而液体金属试图湿润更低表面张力的区域，液态金属更容易从储液槽111中流动到电压较低的电解液槽121中。并且，液态金属也更容易从球形状态变为平面状态，从而延伸覆盖整个电解液槽121的底面，形成设计所需要的贴片式液态金属薄层。

在实际应用中，为了确保在储液槽111和电解液槽121内电解液施加电压后，液态金属能够具有足够的驱动力从储液槽111中流入电解液槽121中，可以限定施加在储液槽111内电解液的电压与施加在电解液槽121内电解液的电压之间的电压差为0.5V～5V。此时，超材料单元处于填充状态。当电压差为0.5V～5V，储液槽111和电解液槽121中均容纳有电解液，且电解液槽121和储液槽111连通时，储液槽111中的液态金属在足够大的电压差驱动下，在电解液中流动，从电压较高的储液槽111中流入电压较低的电解液槽121中。示例性的，施加在储液槽111内电解液的电压与施加在电解液槽121内电解液的电压之间的电压差可以为0.5V、0.8V、1.0V、1.3V、1.8、2V、3V、3.5V、4V、4.5V或5V等。

上述反射部10的作用为反射接收到的电磁波，避免电磁波透射。在实际应用中，反射部10可以为贴片式的金属地板。该金属地板为一金属薄片，其材质可以为铜、锡等。

上述第一介质部11位于反射部10的下方，具体的，第一介质部11位于反射部10的下表面。第一介质部11的厚度可以根据储液槽111的设计尺寸来确定，只要确保第一介质部11的厚度足够开设设计尺寸的储液槽111即可。第一介质部11的材质可以为有机材料，也可以为陶瓷材料，也可以为硅，且不仅限于此。

上述储液槽111的轮廓形状可以为正方形，也可以为长方形，还可以为三角形，且不仅限于此。储液槽111中容纳第一工作流体。超材料单元处于非填充状态时，第一工作流体为液态金属和电解液。超材料单元处于填充状态时，第一工作流体可以为电解液，也可以为电解液和质量减少的液态金属。电解液所含有的电解质可以为NaOH，也可以为HCl，还可以为NaCl。电解液作为液态金属流动的载体，供液态金属在电压差驱动下，在电解液中流动。

液态金属是一种可变形材料，其具有独特的特性。一方面，液态金属在常温下为液态，具有优异的金属性和流动性，容易在连通的储液槽111和电解液槽121中流动。另一方面，液态金属具有较高的液态电导率，并且可以通过电压控制其表面张力。将液态金属放在碱性或酸性的电解液中，施加电压时，表面张力会发生巨大变化，促使液态金属运动。本发明实施例中涉及到的液态金属包括镓基液态金属合金、铟基液态金属合金、锡基液态金属合金、锌基液态金属合金、铋基液态金属合金中的一种或多种。镓基液态金属合金主要由镓与铟、铋、铅、锡、镉等金属按照不同的配比配制而成。铟基液态金属合金是以铟为主要成分，铋、镓、锡等金属为辅配制而成。锡基液态金属合金是以锡为主要成分，铝、钴、镓、锌、锑等为辅配制而成。锌基液态金属合金是以锌为主要成分，镓、铟、锡等为辅配制而成。铋基液态金属合金是以铋为主要成分，铅、铟、锡、锂等金属为辅配制而成。

当超材料单元处于填充状态时，液态金属可以完全流入在电解液槽121中，也可以一部分流入电解液槽121中，剩余部分留存于储液槽111中。当超材料单元处于非填充状态时，储液槽111中存储的(第一工作流体包括的)液态金属的体积，可以根据电解液槽121的体积进行设计，只要液态金属能够覆盖电解液槽121的底面即可。当然，液态金属可以部分填充电解液槽121，也可以填满整个电解液槽121。

在实际应用中，当超材料单元处于非填充状态，第一工作流体包括的液态金属的体积，可以大于电解液槽121的体积V。此时，可以确保填充状态时，液态金属能够填满电解液槽121，从而可以确保超材料单元对电磁波具有稳定的调控能力，避免由于液态金属填充不足，导致的超材料单元对电磁波调控性能的不稳定。当超材料单元处于非填充状态，第一工作流体包括的液态金属的体积，也可以大于0且小于或等于储液槽111的体积V。此时，只要确保液态金属的体积能够全覆盖电解液槽121的底面即可。基于此，不仅可以确保以液态金属的流动实现超材料单元的状态切换，而且可以降低液态金属的用量，降低成本。

具体的，当超材料单元处于非填充状态，第一工作流体包括的液态金属的体积等于(0.1～1)V。示例性的，第一工作流体包括的液态金属的体积等于0.1V、0.2V、0.3V、0.4V、0.5V、0.6V、0.7V、0.8V、0.9V或1V等，且不仅限于此。

上述第二介质部12位于反射部10的上方，具体的，第二介质部12位于反射部10的上表面。第二介质部12的材质可以为有机材料，也可以为陶瓷材料，也可以为硅，且不仅限于此。第二介质部12的材质和尺寸等特征，影响超材料单元对电磁波的调控。在实际应用中，第二介质部12可以为500μm～600μm厚的硅片。

上述电解液槽121的轮廓形状可以为规则形状，也可以为异形形状。具体的，规则形状可以为方形、矩形、圆形、三角形、多边形等。不规则形状可以为具有曲面侧壁的电解液槽121，且不仅限于此。当超材料单元处于非填充状态时，电解液槽121中容纳的第二工作流体为电解液。当超材料单元处于填充状态时，第二工作流体至少包括液态金属。也就是说，电解液槽121中可以容纳有电解液和液态金属，也可以仅容纳有液态金属。此处的电解液与上述储液槽111中容纳的电解液相同。此处的液态金属与上述储液槽111中容纳的液态金属相同。

电解液槽121与储液槽111实现连通的方式，可以为在电解液槽121与储液槽111之间设置通道。在实际应用中，可以在第二介质部12和反射部10均开设与电解液槽121和储液槽111连通的通孔14。该通孔14容纳有电解液，供液态金属在其中流动。该通孔14包括第一通孔和第二通孔。第一通孔开设在反射部10，第一通孔中容纳有电解液。第二通孔开设在第二介质部12，第二通孔中容纳有电解液。第一通孔与第二通孔相连通，构成连通电解液槽121和储液槽111的通孔14。应理解，通孔14可以为垂直通孔，也可以为弯曲状的通孔14，还可以为弯折状的通孔14。具体实施时，当施加在储液槽111中电解液的电压大于施加在电解液槽121中电解液的电压时，储液槽111中的液态金属向上运动，经过通孔14流动到电解液槽121中。

上述超材料单元还可以包括阳极16和阴极15，以便于向电解液槽121容纳的电解液和储液槽111容纳的电解液施加电压。该阳极16与储液槽111容纳的第一工作流体电接触，阴极15与电解液槽121容纳的第二工作流体电接触。

为了便于阴极15与电解液槽121容纳的第二工作流体实现电接触，可以限定电解液槽121的侧壁为金属侧壁122，阴极15与金属侧壁122电连接。当阳极16的电压大于阴极15的电压时，储液槽111中的液态金属向着电解液槽121中流动，也就是向着阴极15所在的位置流动。当金属侧壁122与阴极15电连接时，电解液槽121的金属侧壁122相当于阴极15，液态金属向着电解液槽121的四周的金属侧壁122运动，有利于液态金属均匀的覆盖电解液槽121的底面，形成厚度均匀的金属薄层。基于此，当超材料单元利用电解液槽121中的金属薄层对电磁波进行调控时，可以确保超材料单元具有较稳定的调控性能。

如图1所示，在实际应用，为了便于集成超材料单元，可以将阴极15和阳极16设置在第一介质部11的下方。阴极15穿过第一介质部11、反射部10伸入第二介质部12内，与金属侧壁122电接触。具体的，可以在第一介质部11、反射部10和第二介质部12刻蚀孔，并在孔中填充金属，以连接金属侧壁122与阴极15的外部接口。阳极16的一端伸入第一介质部11，并至少在储液槽111的槽底裸露。阳极16的一端可以与储液槽111的槽底平齐，也可以突出储液槽111的槽底。

如图3所示，阴极15可以位于金属侧壁122的正下方，并与金属侧壁122电连接，以确保金属侧壁122与阴极15的电压相同。阳极16可以位于电解液槽121的几何中心的正下方，通孔位于电解液槽121的几何中心。此时，当液态金属从储液槽111流入电解液槽121时，液态金属从电解液槽121的中心相四周扩散，可以确保超材料单元处于填充状态时，电解液槽121中的液态金属薄层的厚度均匀。

上述金属侧壁122的材质可以为耐腐蚀金属，以避免电解液槽121中的电解液腐蚀金属侧壁122，从而可以延长金属侧壁122、超材料单元的使用寿命。上述阳极16和阴极15的材料可以为耐辐射金属，也可以为石墨。此时，不仅可以避免超材料单元工作时所接收到的电磁波辐射对阳极16和阴极15的影响，确保阳极16和阴极15所施加电压的稳定性，确保超材料单元稳定工作，还可以使阴极15和阳极16具有较好的导电性。

超材料单元还可以包括位于第二介质部12的上表面的第三介质部13。第三介质部13密封上述第二介质部12的电解液槽121。第三介质部13不仅可以避免杂质进入电解液槽121中污染其中的液态金属和电解液，还可以防止液态金属和电解液从电解液槽121中漏出。在实际应用中，第三介质部13可以与第二介质部12一体成型，也可以与第二介质部12分体设置。当第三介质部13与第二介质部12一体成型时，可以避免分体结构相互连接时的缝隙，使得第三介质部13具有较好的密封性。当第三介质部13与第二介质部12分体设置时，可以分别对第二介质部12和第三介质部13进行加工，从而可以方便的在第二介质部12上开设电解液槽121，降低加工难度。第三介质部13的材质可以为有机材料，也可以为陶瓷材料，还可以为硅等，且不仅限于此。

在超表面中，多个超材料单元周期性排列。为了便于加工，同时提高超表面的调控电磁波的性能，可以将超表面所包括的多个超材料单元集成在一起。此时，多个超材料单元的反射部10集成为一个完整的反射板，多个超材料单元的第一介质部11集成为一个完整的第一介质板，多个超材料单元的第二介质部12集成为一个完整的第二介质板。第一介质板、第二介质板和第三介质板的材质可以相同，也可以不同。第一介质板、第二介质板和第三介质板，可以利用封装基板工艺、低温共烧陶瓷工艺、晶圆级扇形出型工艺制作，有利于实现小型化。多个超材料单元的多个阴极15和阳极16均集成在第一介质板下方。

本发明实施例提供的超表面，由于超材料单元具有两种状态，且可以在两种状态之间进行变换，因此，可以利用这两种状态的超材料单元构成编码“0”和“1”，从而构成不同编码方式的超表面，并利用超材料单元的可重构性进行超表面不同编码方式之间的变换。这种可编码的超表面所包括的每个超材料单元可以通过超材料单元的阴极15和阳极16控制其状态。

在实际应用中，可以将处于非填充状态的超材料单元的电磁状态作为编码“1”，将填充状态的超材料单元的电磁状态作为编码“0”。在特定频率范围内，两种状态下超材料单元的反射相位差可以达到180°。此时，在编码超表面时，可以通过控制超表面所包括的各个超材料单元的状态，实现对超表面中各个基本单元的编辑，从而获得超表面的多种编码方式。

如图4所示，处于非填充状态的超材料单元的反射相位在23GHz至26GHz范围内接近180°，可以定义为编码“1”。处于填充状态的超材料单元的反射相位在24.5GHz处接近0°，可以定义为编码“0”。两种状态下超材料单元的反射相位差接近180°的频率范围，可作为超表面的工作频率范围。在该工作频率范围内，可以对超表面进行多种方式和多种规模的编码，从而可以对电磁波进行多种反射性能的调制。

本发明实施例还提供一种终端设备。该终端设备包括处理器以及与处理器耦合的通信接口。处理器用于运行计算机程序或指令，以实现如编码方法。

上述编码方法应用上述超表面。该编码方法包括：

通信接口接收电磁调制信息。电磁调制信息包括目标编码参数。

处理器根据电磁调制信息从预设对应关系确定重构控制策略。重构控制策略包括符合电磁调制信息的多个超材料单元的状态信息。在实际应用中，重构控制策略可以包括超表面所包括的各个超材料单元的状态信息。例如，超表面包括100个周期性排列的超材料单元时，重构控制策略包括100个超材料单元的每一个的填充状态与非填充状态的信息。

预设对应关系包括多个超材料单元的状态信息与超表面具有的编码方式的对应关系。示例性的，预设对应关系可以为设定的超表面的编码方式，与每个超材料单元状态的对应关系。例如，在x方向和y方向均按照“0101”序列编码的编码方式，与第一个超材料单元的状态信息、第二个超材料单元的状态信息，依次至最后一个超材料单元的状态信息。

处理器根据重构控制策略控制各个超材料单元的状态，使得超表面所具有的编码方式满足电磁调制信息。在实际应用中，处理器将确定的重构控制策略，也就是将各个超材料单元的状态信息通过通信接口发送给超表面包括的多个超材料单元。超表面所包括的各个超材料单元执行接收的状态信息，使得各个超材料单元处于与重构控制策略相适应的状态。

示例性的，通信接口接收到的电磁调制信息含有的目标编码参数为x方向和y方向均按照“0101”编码时，处理器根据电磁调制信息从预设对应关系确定重构控制策略，确定超表面各个超材料单元的状态信息。处理单元将各个超材料单元的状态信息通过通信接口发送给各个超材料单元。各个超材料单元通过施加电压的方式行接收到的状态信息，超表面呈现在x方向和y方向均按照“0101”排布的编码方式。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质。该计算机存储介质中存储有指令，当指令被运行时，实现上述编码方法。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种超材料单元，其特征在于，包括：

反射部；

位于所述反射部下方的第一介质部，所述第一介质部朝向所述反射部的表面开设有容纳第一工作流体的储液槽；

以及位于所述反射部上方的第二介质部，所述第二介质部远离所述反射部的表面开设有容纳第二工作流体的电解液槽，所述电解液槽与所述储液槽连通；

所述超材料单元的状态包括非填充状态和填充状态；当超材料单元处于非填充状态，所述第一工作流体包括液态金属和电解液，所述第二工作流体为电解液；当施加在所述储液槽内电解液的电压高于施加在所述电解液槽内电解液的电压时，所述超材料单元处于填充状态，所述第二工作流体至少包括液态金属；

当施加在所述储液槽内电解液的电压与施加在所述电解液槽内电解液的电压之间的电压差为0.5V～5V时，所述超材料单元处于填充状态；

所述超材料单元还包括阳极和阴极；所述阳极与所述储液槽容纳的第一工作流体电接触，所述阴极与所述电解液槽容纳的第二工作流体电接触；

所述电解液槽的侧壁为金属侧壁；所述阴极与所述金属侧壁电连接。

2.根据权利要求1所述的超材料单元，其特征在于，当超材料单元处于非填充状态，所述第一工作流体包括的液态金属的体积大于所述电解液槽的体积V。

3.根据权利要求1所述的超材料单元，其特征在于，当超材料单元处于非填充状态，所述第一工作流体包括的液态金属的体积大于0且小于或等于所述储液槽的体积V。

4.根据权利要求3所述的超材料单元，其特征在于，当超材料单元处于非填充状态，所述第一工作流体包括的液态金属的体积等于(0.1～1)V。

5.根据权利要求1～4任一项所述的超材料单元，其特征在于，所述电解液所含有的电解质为NaOH、HCl或NaCl；和/或，

所述电解液槽的轮廓形状为规则形状或异形形状；和/或，

所述液态金属包括镓基液态金属合金、铟基液态金属合金、锡基液态金属合金、锌基液态金属合金、铋基液态金属合金中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的超材料单元，其特征在于，所述阴极穿过所述第一介质部、反射部伸入所述第二介质部内，与所述金属侧壁电接触；

所述阳极的一端伸入所述第一介质部，并至少在所述储液槽的槽底裸露。

7.根据权利要求6所述的超材料单元，其特征在于，所述金属侧壁的材质为耐腐蚀金属，和/或，所述阳极和所述阴极的材料均为耐辐射金属或石墨。

8.根据权利要求1～4任一项所述的超材料单元，其特征在于，所述第二介质部和所述反射部均开设有与所述储液槽和所述电解液槽连通的通孔，所述通孔容纳有电解液。

9.根据权利要求1～4任一项所述的超材料单元，其特征在于，所述超材料单元还包括位于所述第二介质部上表面的第三介质部，所述第三介质部密封所述电解液槽；所述第三介质部与所述第二介质部一体成型或分体设置；

所述第一介质部、所述第二介质部、所述第三介质部中的至少一个的材质为有机材料、陶瓷材料或硅。

10.一种超表面，其特征在于，所述超表面包括多个权利要求1～9任一项所述的超材料单元。

11.一种电磁设备，其特征在于，所述电磁设备应用权利要求10所述的超表面，其中，所述电磁设备为雷达隐身设备、微波成像设备或天线。

12.一种编码方法，其特征在于，应用权利要求10所述超表面，所述编码方法包括：

接收电磁调制信息，所述电磁调制信息包括目标编码参数；

根据所述电磁调制信息从预设对应关系确定重构控制策略，所述重构控制策略包括符合所述电磁调制信息的多个超材料单元的状态信息；所述预设对应关系包括多个所述超材料单元的状态信息与所述超表面具有的编码方式的对应关系；

根据所述重构控制策略控制各个超材料单元的状态，使得所述超表面所具有的编码方式满足所述电磁调制信息。

13.一种终端设备，其特征在于，包括：处理器以及与处理器耦合的通信接口；所述处理器用于运行计算机程序或指令，以实现如权利要求12所述编码方法。

14.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有指令，当所述指令被运行时，实现权利要求12所述编码方法。

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