CN114597665B - 一种透射超表面阵列 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种透射超表面阵列。本申请提供的透射超表面阵列包括阵列单元，阵列单元包括至少一层介质基板，每层介质基板均设有金属结构；金属结构设于介质基板的第一表面和第二表面二者中的至少一者上；金属结构包括十字形金属结构和若干个直角形金属结构，十字形金属结构设于中心位置，若干个直角形金属结构围设于外侧，开口朝向表面的中心，由十字形金属结构和若干个直角形金属结构构成阵列单元的带阻滤波器。针对不同阵列单元对相位的要求，对金属结构的尺寸进行调控，该尺寸调控包括对十字形金属结构尺寸进行独立调控、对直角形金属结构的尺寸进行独立调控或对金属结构的尺寸进行联合调控，满足相位覆盖达到大于或等于360度的要求。

Description

一种透射超表面阵列
技术领域
本申请属于通信技术领域，更具体地说，是涉及一种透射超表面阵列。
背景技术
无线通信技术是实现现代通信的必备手段，随着无线通信技术的不断发展，电磁波频率资源受到限制，电磁波的频段不断向高频段发展，其中5G频段的划分即已达到毫米波波段。随着电磁波工作频率的不断提升，电磁信号的覆盖和穿透问题，成为高频段通信技术急需解决的技术问题。
其中，透射超表面阵列作为解决上述技术问题的手段之一，被广泛地应用于电磁通信、雷达及微波成像等领域。其中的透射阵列由拓扑结构相似的透射型频率选择表面单元构成，通过对阵列的每个单元进行相位补偿，以在阵列的另一侧产生所需要的辐射波束。
现有技术中，具有会聚功能的透射超表面阵列，为了能够满足其阵列单元360°相位覆盖的要求，在结构上采用多层堆叠设置方式；并且相邻的层间须设有空气腔，而空气腔的设计，使得阵列结构复杂化，且对结构的适配度及制造精度的要求非常高，导致整个阵列的制造成本和调试难度被加大；且在目标电磁波频率透射的同时，不影响可见光的透射，也是设计的难点。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种透射超表面阵列，该透射超表面阵列既能够保证目标频率的电磁波和可见光的透射，又能够保证阵列单元相位覆盖360°，且能够去除层间空气腔的设计。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：
提供一种透射超表面阵列，所述透射超表面阵列包括阵列单元，所述阵列单元包括至少一层介质基板，每层所述介质基板均设有金属结构；
所述介质基板具有透射性，所述介质基板具有相对设置的第一表面和第二表面；所述金属结构设于所述第一表面和所述第二表面二者中的至少一者上；所述金属结构包括十字形金属结构和若干个直角形金属结构，所述十字形金属结构设于所述表面的中心位置，若干个所述直角形金属结构围设于所述十字形金属结构的外侧，所述直角形金属结构的开口朝向所述表面的中心，由所述十字形金属结构和若干个所述直角形金属结构构成所述阵列单元的带阻滤波器；电磁波波束透射过所述透射超表面阵列后，电磁波波束会聚于设定焦点处。
一实施例中，设定所述表面具有正方形辅助框，所述正方形辅助框具有正交的十字形对角线；所述金属结构包括4个所述直角形金属结构，4个所述直角形金属结构和所述正方形辅助框的4个顶角分别重合，所述十字形金属结构和所述十字形对角线重合。
一实施例中，所述十字形金属结构包括相互正交的第一金属部和第二金属部，所述第一金属部和所述第二金属部的尺寸相同；
所述直角形金属结构包括互垂直的第三金属部和第四金属部，所述第三金属部和所述第四金属部的尺寸相同；
同一所述金属结构中，若干个所述直角形金属结构均为同一尺寸；
或者，若干个所述直角形金属结构的尺寸不完全相同；
或者，若干个所述直角形金属结构的尺寸完全不相同；
其中，所述尺寸包括宽度尺寸和长度尺寸。
一实施例中，所述表面设有N*N个所述金属结构，N*N个所述金属结构在所述表面上呈周期性阵列排布，其中N*N≥2，N为正整数；
其中，N*N个所述金属结构均为同一尺寸；
或者，N*N个所述金属结构的尺寸不完全相同；
或者，N*N个所述金属结构的尺寸完全不相同。
一实施例中，所述阵列包括M层所述介质基板，M层所述介质基板沿同一轴线依次间隔布列，M层所述介质基板的第一表面朝向同一侧设置，M层所述介质基板的第二表面朝向与所述同一侧相对的另一侧设置，其中M≥2，M为正整数；
其中，M层所述介质基板的第一表面均设有N*N个所述金属结构；
或者，M层所述介质基板的第二表面均设有N*N个所述金属结构；
其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布。
一实施例中，相邻两层所述介质基板中，其中一个所述介质基板的第一表面与另一所述介质基板的第二表面之间的间隔中设有空气腔。
一实施例中，所述阵列单元包括M层所述介质基板，M层所述介质基板沿同一轴线依次贴合设置，M层所述介质基板的第一表面朝向同一侧设置，M层所述介质基板的第二表面朝向与所述同一侧相对的另一侧设置，其中M≥2，M为正整数；
其中，相邻两层所述介质基板中，其中一个所述介质基板的第一表面与另一所述介质基板的第二表面相对，该相对的第一表面和第二表面二者中的其中一者上设有N*N个所述金属结构；
其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布。
一实施例中，所述阵列单元包括单层所述介质基板，所述介质基板的所述第一表面和所述第二表面均设有N*N个所述金属结构；
其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布。
一实施例中，所述阵列单元包括M层所述介质基板，M层所述介质基板沿同一轴线依次间隔布列或依次贴合设置，其中M≥2，M为正整数；
其中，M层所述介质基板的厚度尺寸均为同一尺寸；
或者，M层所述介质基板的厚度尺寸不完全相同；
或者，M层所述介质基板的厚度尺寸完全不相同。
一实施例中，所述阵列单元包括M层所述介质基板，M层所述介质基板沿同一轴线依次间隔布列或依次贴合设置，其中M≥2，M为正整数；
M层所述介质基板的第一表面和/或第二表面设有N*N个所述金属结构；其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布；
其中，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构均为同一尺寸；
或者，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构尺寸不完全相同；
或者，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构尺寸完全不相同。
其中，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构均为同一数量；
或者，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构数量不完全相同；
或者，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构数量完全不相同。
一实施例中，设定所述表面设有N*N个所述金属结构，其中N*N≥1，N为正整数；当N*N＝1时，所述金属结构的几何中心为坐标原点；当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布，所述周期性阵列的几何中心为坐标原点；
设定电磁波垂直入射所述透射超表面阵列后，电磁波波束会聚于设定焦点Focus(xf，yf，zf)处，该设定焦点Focus(xf，yf，zf)距离坐标原点的焦距为focus；设定电磁波波束的偏转角度分别为theta和phi，其中theta为所述设定焦点和所述坐标原点的连线与yz平面之间的夹角；设定所述设定焦点沿x轴方向在所述yz平面具有投影点，phi为所述投影点和所述坐标原点之间的连线与xz平面之间的夹角；
设定中心频率所对应的自由空间中的电磁波波长为lambda0，所述阵列单元的周期为P；
则，xf、yf、zf的取值分别为：
zf＝focus*cos(theta)
则，N*N个所述金属结构的透射相位满足下列约束条件：
一实施例中，所述介质基板的厚度为t，相邻两层所述介质基板中，其中一个所述介质基板的第一表面与另一所述介质基板的第二表面之间的间距为h，所述介质基板所透射的磁波中心频率对应的自由空间波长为λ0、介质中的有效波长为λeff，其中h＝λ0/4，t＝λeff/2。
一实施例中，所述阵列单元包括4层所述介质基板，4层所述介质基板沿同一轴线依次间隔布列或依次贴合设置。
本申请提供的透射超表面阵列的有益效果在于：
与现有技术相比，本申请提供的透射超表面阵列，其中的阵列单元包括有至少一层介质基板，而每层介质基板均设有金属结构，金属结构设于介质基板的表面上，包括十字形金属结构和若干个直角形金属结构，十字形金属结构设于该表面的中心位置，若干个直角形金属结构围设于十字形金属结构的外侧，直角形金属结构的开口朝向表面的中心，且十字形金属结构和若干个直角形金属结构构成阵列的带阻滤波器。
在电磁波波束透射介质基板的过程中，单个金属结构或由N*N个金属结构构成的周期性阵列具有良好的移相特性，能够实现较宽的工作带宽，针对不同极化频率的电磁波波束，通过对金属结构的尺寸进行对应的调控，该尺寸调控包括对十字形金属结构的尺寸进行独立调控、对每一直角形金属结构的尺寸进行独立调控或对整个金属结构的尺寸进行联合调控，以满足阵列单元相位覆盖达到大于或等于360度的要求。相比于现有的空气腔设计方案，本申请提供的透射超表面阵列，阵列单元的结构得以简化，对结构的适配度及制造精度要求低，阵列的制造成本低且调试难度小，具有通带宽、会聚效果佳的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的介质基板的示意图；
图2为本申请一实施例提供的介质基板的示意图；
图3为本申请一实施例提供的透射超表面阵列的示意图，其中M＝4，N*N＝3*3；
图4为本申请一实施例提供的透射超表面阵列的示意图，其中N*N＝16*16；
图5为本申请一实施例提供的透射超表面阵列单元的示意图，其中M＝4；
图6为本申请一实施例提供的透射超表面阵列单元的示意图，其中M＝4；
图7为本申请一实施例提供的透射超表面阵列的示意图；其中M＝1；
图8为本申请一实施例提供的电磁波波束透射过超表面阵列并汇聚于设定焦点Focus(xf，yf，zf)处的示意图，其中M＝4，N*N＝4*4。
其中，图中各附图标记：
100、阵列单元；
10、介质基板；20、金属结构；
101、第一表面；102、第二表面；
201、十字形金属结构；202、直角形金属结构；
201a、第一金属部；201b、第二金属部；
202a、第三金属部；202b、第四金属部。
具体实施方式
为了使本申请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，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
此外，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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
现对本申请实施例提供的透射超表面阵列进行说明。
请参阅图1至图7所示，本申请实施例提供的透射超表面阵列，包括有阵列单元100，该阵列单元100包括有至少一层介质基板10，每层介质基板10均设有金属结构20。
其中，阵列单元100可包括一层介质基板10，或者阵列单元100可包括沿同一轴线依次间隔布列或依次贴合设置的多层介质基板10，本实施例优选阵列单元100包括四层介质基板10或者一层介质基板10。
如图3、图5和图6所示，当阵列单元100包括四层介质基板10时，每层介质基板10的单面可设有金属结构20，亦即下述的第一表面101或者第二表面102。
如图7所示，当阵列单元100包括一层介质基板10时，该层介质基板10的双面可设有金属结构20，亦即下述的第一表面101和第二表面102。
至于阵列单元100的结构设计形式，本申请实施例在后述的段落进行详细描述。
其中，介质基板10具有透射性，介质基板10具有相对设置的第一表面101和第二表面102。其中，金属结构20设于第一表面101和第二表面102二者中的至少一者上；金属结构20包括十字形金属结构201和若干个直角形金属结构202，十字形金属结构201设于表面的中心位置，若干个直角形金属结构202围设于十字形金属结构201的外侧，直角形金属结构202的开口朝向表面的中心，由十字形金属结构201和若干个直角形金属结构202构成阵列单元100的带阻滤波器。电磁波波束透射过本申请实施例提供的透射超表面阵列后，电磁波波束会聚于设定焦点处。
与现有技术相比，本申请实施例提供的透射超表面阵列，在电磁波波束透射介质基板10的过程中，单个金属结构20或由N*N个金属结构20构成的周期性阵列具有良好的移相特性，且能够实现较宽的工作带宽，通过对金属结构20的尺寸进行对应的调控，该尺寸调控包括对十字形金属结构201的尺寸进行独立调控、对每一直角形金属结构202的尺寸进行独立调控或对整个金属结构20的尺寸进行联合调控，以满足阵列单元相位覆盖达到大于或等于360度的要求。
相比于现有的空气腔设计方案，本申请提供的透射超表面阵列，阵列单元100的结构得以简化，对结构的适配度及制造精度要求低，阵列单元100的制造成本低且调试难度小，具有通带宽、会聚效果佳的特点。
本申请实施例中，介质基板10的材质可多选，例如可为石英玻璃、陶瓷、或聚合物材质中的任一种，或者为其他具有透射性的基板材质。介质基板10的形状优选为立方体结构，其优选第一表面101和第二表面102均为正方形表面。
如图1和图2所示，一优选实施例中，设定第一表面101和第二表面102均为正方形表面，该表面具有正方形辅助框，正方形辅助框具有正交的十字形对角线。金属结构20包括4个直角形金属结构202，4个直角形金属结构202和正方形辅助框的4个顶角分别重合，十字形金属结构201和十字形对角线重合。从而，可以根据具体的性能需求，沿正方形辅助框的框线尺寸方向调控直角形金属结构202的尺寸，沿十字形对角线的长度方向和宽度方向调控十字形金属结构201的尺寸大小，或者对十字形金属结构201和直角形金属结构202联合调控。
其他实施例中，设定第一表面101和第二表面102均为正方形表面，该表面具有正方形辅助框，正方形辅助框具有正交的十字形对折线，该十字形对折线将正方形辅助框分隔为4个同等大小的小正方形。金属结构20包括4个直角形金属结构202，4个直角形金属结构202和正方形辅助框的4个顶角分别重合，而十字形金属结构201和十字形对折线重合。从而，可以根据具体的性能需求，沿正方形辅助框的框线尺寸方向调控直角形金属结构202的尺寸，沿十字形对折线的长度方向和宽度方向调控十字形金属结构201的尺寸大小，或者对十字形金属结构201和直角形金属结构202联合调控。
本申请实施例中，十字形金属结构201包括互正交的第一金属部201a和第二金属部201b，第一金属部201a和第二金属部201b的尺寸相同或不同，可独立调控第一金属部201a和第二金属部201b的长度尺寸和宽度尺寸，或者对第一金属部201a和第二金属部201b联合调控。
直角形金属结构202包括互垂直的第三金属部202a和第四金属部202b，第三金属部202a和第四金属部202b的尺寸相同或不同，可独立调控第三金属部202a和第四金属部202b的长度尺寸和宽度尺寸，或者对第三金属部202a和第四金属部202b联合调控。
于同一金属结构20中，若干个直角形金属结构202均为同一尺寸；或者，若干个直角形金属结构202的尺寸不完全相同；或者，若干个直角形金属结构202的尺寸完全不相同；其中，尺寸包括宽度尺寸和长度尺寸。从而，可独立调控每一直角形金属结构202的长度尺寸和宽度尺寸，或者对所有直角形金属结构202联合调控。
参照图3和图4所示，本申请实施例中，第一表面101和/或第二表面102可设有N*N个金属结构20，其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个金属结构20呈周期性阵列排布。
其中，当N*N≥2时，N*N个金属结构20均为同一尺寸；或者，N*N个金属结构20的尺寸不完全相同；或者，N*N个金属结构20的尺寸完全不相同。从而，可独立调控位于同一表面上的N*N个金属结构20的尺寸，或者对所有金属结构20联合调控。
具体参照图2所示，本申请实施例中，设定十字形金属结构201和直角形金属结构202均为金属微带，各金属微带的线宽尺寸为W，十字形金属结构201从表面的中心向外发散，其臂长Lc可以变化，位于四角的直角形金属结构202，其位置控制参数La可调，其折线长度Lg亦可调。
如图1至图7中所示的透射超表面阵列，其中的金属结构20中，十字形金属结构201的尺寸大小及形状、直角形金属结构202的尺寸大小、形状以及数量仅为示例，本申请实施例对此不做限制。其中，十字形金属结构201和直角形金属结构202，均可为金属微带结构或金属窄片结构，或可为圆弧边或锯齿边的十字形金属结构201和直角形金属结构202。
再者，如图图3和图7中所示的透射超表面阵列的阵列单元100，其中的介质基板10的厚度及其相邻介质基板10之间的间距也为示例，本申请实施例对此不做限制。
参照图5所示，一优选实施例中，阵列单元100包括M层介质基板10，M层介质基板10沿同一轴线依次间隔布列，M层介质基板10的第一表面101朝向同一侧设置，M层介质基板10的第二表面102朝向与同一侧相对的另一侧设置，其中M≥2，M为正整数。
其中，M层介质基板10的第一表面101均设有N*N个金属结构20；或者，M层介质基板10的第二表面102均设有N*N个金属结构20；其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个金属结构20呈周期性阵列排布。
例如，阵列单元100采用4层介质基板10，4层介质基板10沿同一轴线依次平行间隔布列，每层介质基板10的单面覆盖有上述的金属结构20，可以为第一表面101或第二表面102，本实施例优选金属结构20设于第一表面101上。
如图2和图5所示，该实施例中，其中各参数设置为：P＝4.8mm，W＝0.1mm，t＝2.72mm，h＝2.63mm，La、Lg、Lc可独立调控或联合调控。
该实施例中，更进一步地，相邻两层介质基板10中，其中一个介质基板10的第一表面101与另一介质基板10的第二表面102之间的间隔中设有空气腔，其中空气腔供于辅助金属结构20的相位调控作用，进一步提高通宽带和汇聚效果。
参照图6所示，一优选实施例中，阵列单元100包括M层介质基板10，M层介质基板10沿同一轴线依次贴合设置，M层介质基板10的第一表面101朝向同一侧设置，M层介质基板10的第二表面102朝向与同一侧相对的另一侧设置，其中M≥2，M为正整数。
其中，相邻两层所述介质基板10中，其中一个所述介质基板10的第一表面101与另一所述介质基板10的第二表面102相对，该相对的第一表面101和第二表面102二者中的其中一者上设有N*N个所述金属结构20；其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个金属结构20呈周期性阵列排布。
例如，阵列单元100采用3层介质基板10，3层介质基板10沿同一轴线依次紧密贴合设置，每层介质基板10的单面覆盖有上述的金属结构20，可以为相对的第一表面101和第二表面102中的一者。
如图2和图6所示，该实施例中，其中各参数设置为：P＝4.8mm，W＝0.1mm，t＝1.2mm，h＝0，La、Lg、Lc可独立调控或联合调控。
参照图7所示，一优选实施例中，阵列单元100包括单层介质基板10，介质基板10的第一表面101和第二表面102均设有N*N个金属结构20；其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个金属结构20呈周期性阵列排布。
如图2和图7所示所示，该实施例中，其中各参数设置为：P＝4.8mm，W＝0.1mm，La、Lg、Lc可独立调控或联合调控。
一实施例中，阵列单元100包括M层介质基板10，M层介质基板10沿同一轴线依次间隔布列或依次贴合设置，其中M≥2，M为正整数；其中，M层介质基板10的厚度尺寸均为同一尺寸；或者，M层介质基板10的厚度尺寸不完全相同；或者，M层介质基板10的厚度尺寸完全不相同。从而，可独立调控每一层介质基板10的厚度尺寸，或者对M层介质基板10的厚度尺寸进行联合调控。
一实施例中，阵列单元100包括M层介质基板10，M层介质基板10沿同一轴线依次间隔布列或依次贴合设置，其中M≥2，M为正整数；M层介质基板10的第一表面101和/或第二表面102设有N*N个金属结构20；其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个金属结构20呈周期性阵列排布。
其中，M层介质基板10上的N*N个金属结构20均为同一尺寸；或者，M层介质基板10上的N*N个金属结构20尺寸不完全相同；或者，M层介质基板10上的N*N个金属结构20尺寸完全不相同。从而，可独立调控每一层介质基板10上N*N个金属结构20的尺寸，或者对M层介质基板10上的M个N*N个金属结构20的厚度尺寸进行联合调控。
其中，M层介质基板10上的N*N个金属结构20均为同一数量；或者，M层介质基板10上的N*N个金属结构20数量不完全相同；或者，M层介质基板10上的N*N个金属结构20数量完全不相同。从而，可独立调控每一层介质基板10上N*N个金属结构20的数量，或者对M层介质基板10上的M个N*N个金属结构20的数量进行联合调控。
参照图8所示，一实施例中，设定表面设有N*N个金属结构20，其中N*N≥1，N为正整数；当N*N＝1时，金属结构20的几何中心为坐标原点；当N*N≥2时，N*N个金属结构20呈周期性阵列排布，该周期性阵列的几何中心为坐标原点；
设定电磁波垂直入射透射超表面阵列后，电磁波波束会聚于设定焦点Focus(xf，yf，zf)处，该设定焦点Focus(xf，yf，zf)距离坐标原点的焦距为focus；设定电磁波波束的偏转角度分别为为theta和phi，其中theta为设定焦点和坐标原点的连线与yz平面之间的夹角；设定设定焦点沿x轴方向在yz平面具有投影点，phi为投影点和坐标原点之间的连线与xz平面之间的夹角；
设定中心频率所对应的自由空间中的电磁波波长为lambda0，阵列单元的周期为P；
则，xf、yf、zf的取值分别为：
zf＝focus*cos(theta)
则，N*N个金属结构的透射相位满足下列约束条件：
从而，在根据材料特性和入射电磁波波束的极化频率选定介质基板10的厚度尺寸后，在此基础上设计每层介质基板10上金属结构20所构成的周期性阵列的图形及尺寸，使其能够实现线性移相特性，得到相位覆盖范围大于或等于360度的结果，同时保证一定的透射率。按照上述的阵列单元100聚焦方程所要求的相位，并挑选满足带宽要求的金属结构20进行排列，使其实现对入射电磁波的会聚功能。
本申请实施例中，介质基板10的厚度为t，相邻两层介质基板10中，其中一个介质基板10的第一表面101与另一介质基板10的第二表面102之间的间距为h，介质基板10所透射的磁波中心频率对应的自由空间波长为λ0、介质中的有效波长为λeff，其中h＝λ0/4，t＝λeff/2。
进一步优选地，h为中心频率28.5ghz对应的空气中的电磁波波长的1/4，t为中心频率28.5ghz对应的空气中的电磁波波长在介质中的有效波长的1/2。进一步地，优选介质基板10为玻璃基板，优选其介电常数值为3.75，损耗角正切值为0.0004，其厚度尺寸值为1.2mm。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种透射超表面阵列，其特征在于：
包括多个阵列单元，所述阵列单元包括至少一层介质基板，每层所述介质基板均设有金属结构；
所述介质基板具有透射性，所述介质基板具有相对设置的第一表面和第二表面；所述金属结构设于所述第一表面和所述第二表面二者中的至少一者上；所述金属结构包括十字形金属结构和四个直角形金属结构，所述十字形金属结构设于所述表面的中心位置，四个所述直角形金属结构围设于所述十字形金属结构的外侧，所述直角形金属结构的开口朝向所述表面的中心，由所述十字形金属结构和四个所述直角形金属结构构成所述阵列单元的带阻滤波器；电磁波波束透射过所述透射超表面阵列后，电磁波波束会聚于设定焦点处；
所述表面具有正方形辅助框，所述正方形辅助框具有正交的十字形对角线；四个所述直角形金属结构和所述正方形辅助框的四个顶角分别重合，所述十字形金属结构和所述十字形对角线重合。
2.如权利要求1所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述十字形金属结构包括相互正交的第一金属部和第二金属部，所述第一金属部和所述第二金属部的尺寸相同；
所述直角形金属结构包括互垂直的第三金属部和第四金属部，所述第三金属部和所述第四金属部的尺寸相同；
同一所述金属结构中，四个所述直角形金属结构均为同一尺寸；
或者，四个所述直角形金属结构的尺寸不完全相同；
或者，四个所述直角形金属结构的尺寸完全不相同；
其中，所述尺寸包括宽度尺寸和长度尺寸。
3.如权利要求1所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述表面设有N*N个所述金属结构，N*N个所述金属结构在所述表面上呈周期性阵列排布，其中N*N≥2，N为正整数；
其中，N*N个所述金属结构均为同一尺寸；
或者，N*N个所述金属结构的尺寸不完全相同；
或者，N*N个所述金属结构的尺寸完全不相同。
4.如权利要求1-3中任一项所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述阵列单元包括M层所述介质基板，M层所述介质基板沿同一轴线依次间隔布列，M层所述介质基板的第一表面朝向同一侧设置，M层所述介质基板的第二表面朝向与所述同一侧相对的另一侧设置，其中M≥2，M为正整数；
其中，M层所述介质基板的第一表面均设有N*N个所述金属结构；
或者，M层所述介质基板的第二表面均设有N*N个所述金属结构；
其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布。
5.如权利要求4所述的透射超表面阵列，其特征在于：
相邻两层所述介质基板中，其中一个所述介质基板的第一表面与另一所述介质基板的第二表面之间的间隔中设有空气腔。
6.如权利要求1-3中任一项所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述阵列单元包括M层所述介质基板，M层所述介质基板沿同一轴线依次贴合设置，M层所述介质基板的第一表面朝向同一侧设置，M层所述介质基板的第二表面朝向与所述同一侧相对的另一侧设置，其中M≥2，M为正整数；
其中，相邻两层所述介质基板中，其中一个所述介质基板的第一表面与另一所述介质基板的第二表面相对，该相对的第一表面和第二表面二者中的其中一者上设有N*N个所述金属结构；
其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布。
7.如权利要求1-3中任一项所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述阵列单元包括单层所述介质基板，所述介质基板的所述第一表面和所述第二表面均设有N*N个所述金属结构；
其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布。
8.如权利要求1-3中任一项所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述阵列单元包括M层所述介质基板，M层所述介质基板沿同一轴线依次间隔布列或依次贴合设置，其中M≥2，M为正整数；
其中，M层所述介质基板的厚度尺寸均为同一尺寸；
或者，M层所述介质基板的厚度尺寸不完全相同；
或者，M层所述介质基板的厚度尺寸完全不相同。
9.如权利要求1-3中任一项所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述阵列单元包括M层所述介质基板，M层所述介质基板沿同一轴线依次间隔布列或依次贴合设置，其中M≥2，M为正整数；
M层所述介质基板的第一表面和/或第二表面设有N*N个所述金属结构；其中，N*N≥1，N为正整数，且当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布；
其中，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构均为同一尺寸；
或者，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构尺寸不完全相同；
或者，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构尺寸完全不相同；
其中，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构均为同一数量；
或者，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构数量不完全相同；
或者，M层所述介质基板上的N*N个所述金属结构数量完全不相同。
10.如权利要求1-3中任一项所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述表面设有N*N个所述金属结构，其中N*N≥1，N为正整数；当N*N=1时，所述金属结构的几何中心为坐标原点；当N*N≥2时，N*N个所述金属结构呈周期性阵列排布，所述周期性阵列的几何中心为坐标原点；
设定电磁波垂直入射所述透射超表面阵列后，电磁波波束会聚于设定焦点Focus（xf，yf，zf）处，该设定焦点Focus（xf，yf，zf）距离坐标原点的焦距为focus；设定电磁波波束的偏转角度分别为theta和phi，其中theta为所述设定焦点和所述坐标原点的连线与yz平面之间的夹角；设定所述设定焦点沿x轴方向在所述yz平面具有投影点，phi为所述投影点和所述坐标原点之间的连线与xz平面之间的夹角；
设定中心频率所对应的自由空间中的电磁波波长为lambda0，所述阵列单元的周期为P；
则，xf、yf、zf的取值分别为：
则，N*N个所述金属结构的透射相位满足下列约束条件：
。
11.如权利要求4所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述介质基板的厚度为t，相邻两层所述介质基板中，其中一个所述介质基板的第一表面与另一所述介质基板的第二表面之间的间距为h，所述介质基板所透射的磁波中心频率对应的自由空间波长为λ0、介质中的有效波长为λeff，其中h=λ0/4，t=λeff/2。
12.如权利要求1-3中任一项所述的透射超表面阵列，其特征在于：
所述阵列单元包括4层所述介质基板，4层所述介质基板沿同一轴线依次间隔布列或依次贴合设置。
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