CN209880821U

CN209880821U - 一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面

Info

Publication number: CN209880821U
Application number: CN201920204260.9U
Authority: CN
Inventors: 章海锋; 曾立; 刘国标; 黄通
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2019-12-31
Anticipated expiration: 2029-02-15

Abstract

本实用新型公开了一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，该超表面主要结构自下而上依次包括第一层呈互补形状的开槽玻璃腔和与槽形相同的齿形金属贴片、第二层的开孔介质层和孔内的垂直玻璃腔、第三层的方形玻璃腔、第四层方形介质层、第五层的“L”形金属贴片、固态等离子体谐振单元和加载电阻。本实用新型通过重力场调控液态金属汞在玻璃腔内的形状和位置从而实现该超表面的功能在线‑圆极化转换器和吸波器之间切换。同时，当本实用新型功能为吸波器时，通过编程控制固态等离子体谐振单元的激励状态，可以实现调控吸收带宽的目的。本实用新型具有调控手段多样、设计灵活、功能性强等特点。

Description

一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面

技术领域

本实用新型涉及一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，属于微波器件技术领域。

背景技术

由于圆极化波在卫星通信系统、无线遥感系统等一系列系统中具有众多优势，如降低能量损耗，强抗干扰性等等，使得线-圆极化转换技术在通信领域得到了越来越广泛的应用。同时，吸波器具有防止电磁干扰和电磁隐身等功能和优势，众多军事和民用的领域中得到了普遍地运用。

超材料是指亚波长结构的具有一些超常物理特性的人工媒质，超表面则是超材料结构单元组成的一种二维阵列，使用超表面来构建微波器件、吸波器、线-圆极化转换可以规避体积大，质量大，稳定性差等缺点，因此得到了人们的广泛关注。。但传统意义上的超表面只能具有单一功能，难以适应复杂可变的外界环境，并且一旦超表面结构固定后，其工作频带便很难发生改变，为了实现多功能器件和可调谐的工作频带，引入液态金属和固态等离子体是一个很好的选择。

液态金属汞具有流动性，我们可以将液态金属封装在玻璃腔内，在重力场的调控下，液态金属的位置和形状会发生改变，形成不同的谐振结构，从而使得超表面的功能发生改变。重力场调控不同于集总元件调控和温度调控等调控方式，它具有低耗、高时效性、机理简单等优点。

固态等离子体是采用通过外加激励例如电或光的形式在半导体本征层形成的，当外加激励并且固态等离子体内载流子浓度达到一定值时，其表现出与金属性质。当未激发成固态等离子体时，其表现类似半导体的介质特性，因此能在可调谐/可重构的微波器件大有用处。对于固态等离子体，可以通过对半导体制备的PIN管两端施加激励电压，可在I区产生固态等离子体。利用PIN单元构造基于固态等离子体的极化转换器,具有益于极化调控、超宽工作频域、可同时与外部控制的编程控制阵列实现一体化设计等优点。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，利用重力场调控液态金属汞，使得该超表面可以实现线-圆极化转换器和吸波器两种功能。同时，本实用新型还可以通过调控固态等离子体区域的激励状态来达到展宽吸收带宽的目的。

本实用新型为解决上述问题采用以下技术方案：

本实用新型提供一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，由单元结构周期排列而成，包括自下而上依设置的五层结构，第一层结构为呈互补形状的开槽玻璃腔与齿形金属贴片，第二层结构为设置于开槽玻璃腔上方的开孔介质层及设置于开孔内的垂直玻璃腔，第三层结构为设置于开孔介质层上方的方形玻璃腔，第四层结构为方形介质层，第五层结构为设置于方形介质层顶面的“L”形金属贴片、固态等离子体谐振单元和加载电阻，所述第一和三层的玻璃腔通过第二层的垂直玻璃腔相互连通，第一层玻璃腔内封装有液态金属汞，通过翻转的形式，可在第一层与第三层玻璃腔内转移；通过翻转的形式，可以改变液态金属汞在玻璃腔内的形状和位置从而使得该超表面的功能可以在线-圆极化转换器和吸波器之间切换，翻转前，该超表面为吸波器，吸收频带为9.41～12.1GHz，相对带宽为25.01％；翻转后，该超表面为线-圆极化转换器，3dB轴比频带为7.28～10.51GHz，相对带宽为36.31％。同时，当超表面的功能为吸波器时，可以通过调控固态等离子体谐振单元的激励状态来展宽吸波器吸收带宽，当固态等离子体谐振单元全部未激励时，吸收频带为9.41～12.1GHz，相对带宽为25.01％；当固态等离子体谐振单元全部激励时，吸收频带为8.7～13.6GHz，相对带宽为43.95％。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述“L”形金属贴片个数为四个，四个“L”形金属贴片是由一个边长为a＝13mm的正方形结构减去一个圆心位于该正方形中心点处的半径为r₁＝6.6mm的圆形结构的重叠部分后所剩下四个“L”形结构构成，左右“L”形金属贴片关于y轴对称，上下“L”形金属贴片关于x轴对称，四个“L”形金属贴片通过四个的阻值为550Ω的加载电阻相连。

进一步的，所述固态等离子体谐振单元置于圆形结构的内部，其个数为四个，四个固态等离子体谐振单元由一个半径为r₂＝4.55mm的圆形减去一个中心点位于该圆形圆心处的边长为b＝7.1mm的正方形的重叠部分后所剩下四个弓形构成，左右固态等离子体谐振单元关于y轴对称，上下固态等离子体谐振单元关于x轴对称。

进一步的，所述齿形金属贴片个数为两个，由一个沿u轴的长c＝9.5mm，宽d＝1.7mm的矩形、两个沿v轴的长e＝2mm，宽d＝1.7mm的附加短矩形和两个沿v轴的长f＝3mm，宽d＝1.7mm的附加长矩形构成，所述附加短矩形和附加长矩形之间相距g＝1mm，两个齿形金属贴片相距i＝0.3mm，所述两个附加短矩形关于v轴对称，所述两个附加长矩形关于v轴对称；所述开槽玻璃腔由边长p＝15mm，厚度w₁＝0.1mm，腔壁厚度w₃＝0.01mm的方形玻璃腔剪去与两个齿形金属贴片重叠部分后构成。

进一步的，所述方形玻璃腔边长p＝15mm，厚度w₂＝0.0761mm，腔壁厚度w₃＝0.01mm；所述两个垂直玻璃腔均呈空心圆柱形，分别位于开孔介质层所开的对称的垂直过孔中，其外径r₃＝0.2mm，腔壁厚度w₃＝0.01mm。

进一步的，所述开槽玻璃腔、方形玻璃腔及两个垂直玻璃腔共同构成相连通的玻璃腔，所述开槽玻璃腔的可容纳体积、方形玻璃腔的可容纳体积和封装的液态金属汞的体积三者相同，均为12.604mm³。

进一步的，所述超表面处于翻转前状态时，电磁波沿-z轴方向入射，电场沿y轴方向，且重力方向沿-z轴方向，液态金属汞在重力的作用下流入且充满开槽玻璃腔，液态金属汞与齿形金属贴片共同起到反射板的作用，此时，所述超表面功能为吸波器；绕y轴180°翻转后，液态金属汞在重力的作用下流入且充满方形玻璃腔，液态金属汞独自起到反射板的作用，此时方形玻璃背面的方形介质层、“L”形金属贴片，固态等离子体谐振单元均不参与工作，所以该超表面功能为极化转换器。同时，在翻转前，该超表面在功能为吸波器，我们可以通过编程控制固态等离子体谐振单元的激励状态从而产生两种工作状态，达到调控吸收频带的目的。

进一步的，所述固态等离子体构成的谐振单元嵌于第四层的方形介质层中，固态等离子体由PIN单元组成的阵列实现，PIN单元之间具有隔离层进行隔离。通过对固态等离子体谐振单元两端加载偏置电压进行激励，未激励时固态等离子体谐振单元表现出介质特性，即为未激励状态；激励时表现为金属特性，即为激励状态。

进一步的，所述方形介质层材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切值0.001，介质基板边长p＝15mm，厚度h₁＝1.1239mm。所述开孔介质层材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切值0.001，介质基板边长p＝15mm，厚度h₂＝2mm。所述开孔介质层在沿u轴的对角线上开有两个半径r₃＝0.2mm的圆柱形过孔，两个圆柱形过孔关于v轴对称，两孔心相距j＝8.49mm。

进一步的，所述齿形金属贴片和顶层金属贴片材料均为铜，所述齿形金属贴片、顶层金属贴片和固态等离子体谐振单元厚度均为w₁＝0.1mm。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本实用新型是一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，创新地使用翻转的方式来利用重力场调控液态金属汞，翻转前，液态金属充满开槽玻璃腔，此时超表面的功能为吸波器。翻转后，液态金属充满方形玻璃腔，此时超表面的功能为线-圆极化转换器。

(2)本实用新型是一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，当电磁波垂直入射且该超表面的功能为吸波器时，通过外部的逻辑阵列编程控制固态等离子体谐振单元形成实现两种不同的激励状态，通过合理的参数优化可以实现展宽吸收带宽的目的。

(3)本实用新型具有调控手段多样、调控机理简单低耗、功能性强、实用性强等特点。

附图说明

图1为翻转前，基于固态等离子体和重力场调控的超表面状态三俯视图。

图2为翻转前，基于固态等离子体和重力场调控的超表面状态一俯视图。

图3为翻转后，基于固态等离子体和重力场调控的超表面俯视图。

图4为基于固态等离子体和重力场调控的超表面开槽玻璃腔、方形玻璃腔和垂直玻璃腔立体图。

图5为基于固态等离子体和重力场调控的超表面状态三结构单元周期性排列的(3×3)阵列图。

图6为基于固态等离子体和重力场调控的超表面立体图。

图7为基于固态等离子体和重力场调控的超表面侧视图。

图8为PIN单元结构示意图。

图9为翻转前，基于固态等离子体和重力场调控的超表面在TE和TM模式下电磁波垂直入射时状态一的吸收曲线。

图10为翻转前，基于固态等离子体和重力场调控的超表面在TE和TM模式下电磁波垂直入射时状态三的吸收曲线。

图11为翻转后，基于固态等离子体和重力场调控的超表面在电磁波垂直入射时(电场沿y轴)的极化转换率和相位差曲线。

图12为翻转后，基于固态等离子体和重力场调控的超表面在电磁波垂直入射时(电场沿y轴)的轴比曲线。

附图标记解释：1、2、3、4—“L”形金属贴片，5、6、7、8—固态等离子体谐振单元，9、10、11、12—固态等离子体激励源，13—方形介质层，14—方形玻璃腔，15、16—垂直玻璃腔，17—开孔介质层，18—开槽玻璃腔，19、20—齿形金属贴片，21、22、23、24—加载电阻、25—液态金属汞、26—固态等离子体区域、27—隔离层。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述：

本实用新型一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，该超表面由单元结构周期排列而成。当电磁波沿-z方向入射(电场沿y轴方向)并且重力方向沿-z轴方向时，该超表面在重力场和固态等离子体的调控可以产生三种工作状态：状态一(翻转前)，在重力作用下，其结构单元包括“L”形金属贴片1、2、3、4，未激励的固态等离子体谐振单元5、6、7、8，加载电阻21、22、23、24，方形介质层13，空的方形玻璃腔14，开孔介质层17和孔内的垂直玻璃腔15、16，齿形金属贴片19、20，开槽玻璃腔18和充满18的液态金属25，此时该超表面的功能为吸波器，如图2所示；状态二(绕y轴翻转180°后)，在重力作用下，其结构单元包括齿形金属贴片19、20，开孔介质层17和孔内的垂直玻璃腔15、16，方形玻璃腔14和充满14的液态金属25，空的开槽玻璃腔18，由于液态金属26起到了反射板的作用，所以此时位于背面的“L”形金属贴片1、2、3、4，未激励的固态等离子体谐振单元5、6、7、8，加载电阻22、23、24、25，方形介质层13并未参与工作，此时该超表面的功能为线-圆极化转换器，如图3所示。状态三(翻转前)，其结构单元包括“L”形金属贴片1、2、3、4，激励的固态等离子体谐振单元5、6、7、8，加载电阻21、22、23、24，方形介质层13，空的方形玻璃腔14，开孔介质层17和孔内的垂直玻璃腔15、16，齿形金属贴片19、20，开槽玻璃腔18和充满18的液态金属25，此时该超表面的功能为展宽吸波器带宽，如图1所示。

该超表面可以通过翻转的方式，使液态金属汞可以在开槽玻璃腔18和方形玻璃腔14之间流动，由于18的可容纳体积和14可容纳体积相等，所以翻转前后，液态金属汞通过垂直玻璃腔恰15、16恰好能分别充满18或14，从而切换状态一和状态二来切换该超表面的功能。当该超表面未翻转时，我们可以通过编程控制固态等离子体谐振单元的激励状态切换状态一和状态三，编程时我们可以将状态一定义为“0”，将状态三定义为“1”。这些编码状态可以通过对激励控制模块中的可编程逻辑阵列进行编程来实现，从而达到动态调控吸收带宽的目的。

固态等离子体谐振单元由PIN单元组成的阵列实现，其每个PIN单元大小0.1mm×0.1mm，选择Drude模型描述固态等离子体的介电常数，其中等离子体频率为2.9×10¹⁹rad/s，其碰撞频率为1.65×10¹⁴ 1/S，如图1所示。

PIN单元之间有隔离层隔开，通过其两端加载偏置电压进行激励。PIN单元未激励时，固态等离子体构成的谐振单元表现出介质特性，即为未激励状态；类似地，激励时表现为金属特性，即为激励状态，如图8所示。

固态等离子体谐振单元5、6、7、8分别通过固态等离子体激励源9、10、11、12进行激励，固态等离子体激励源9、10、11、12的通断状态通过编程来实现控制，如图6所示。

本实用新型基于固态等离子体和重力场调控的超表面的产生方法，电磁波沿-z方向入射(电场沿y轴方向)并且重力方向沿-z轴方向时，状态一：由于液态金属25在重力的作用下流入且充满开槽玻璃腔18，液态金属25与齿形金属贴片19、20共同起到反射板的作用，此时，该超表面功能为吸波器，吸收效果是由“L”形金属贴片1、2、3、4和加载电阻21、22、23、24共同工作引起；状态二：将超表面绕y轴翻转180°后，由于液态金属25在重力的作用下流入且充满方形玻璃腔14，液态金属25起到反射板的作用，此时，该超表面功能为线-圆极化转换器，线-圆极化转换是由齿形金属贴片19、20引起；状态三：当该超表面处于状态一时，可以通过激励固态等离子体谐振单元5、6、7、8来形成状态三，此时，该超表面功能为展宽吸波器带宽，吸收效果是由“L”形金属贴片1、2、3、4，加载电阻21、22、23、24共同工作和固态等离子体谐振单元5、6、7、8共同工作引起。

该超表面能够通过翻转的方法，灵活使用重力场改变液态金属汞的位置与形状，实现超表面功能可调谐的目的。同时，该超表面通过编程调控固态等离子体谐振单元激励状态实现了吸波器工作范围的动态转移。

该超表面开孔介质层和方形介质层的材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切值0.001。

该超表面相关参数如表1所示。

表1

基于固态等离子体和重力场调控的超表面，由若干个谐振单元周期排列而成。该极化转换器有三种工作状态，状态一起到吸波器的功能，其结构单元包括“L”形金属贴片1、2、3、4，未激励的固态等离子体谐振单元5、6、7、8，加载电阻21、22、23、24，方形介质层13，空的方形玻璃腔14，开孔介质层17和孔内的垂直玻璃腔15、16，齿形金属贴片19、20，开槽玻璃腔18和充满18的液态金属25，其(3×3)阵列图如图5所示；状态二起到线-圆极化转换器功能，其结构单元包括齿形金属贴片19、20，开孔介质层17和孔内的垂直玻璃腔15、16，方形玻璃腔14和充满14的液态金属25，空的开槽玻璃腔18；状态三起到展宽吸波器带宽功能，其结构单元包括“L”形金属贴片1、2、3、4，激励的固态等离子体谐振单元5、6、7、8，加载电阻21、22、23、24，方形介质层13，空的方形玻璃腔14，开孔介质层17和孔内的垂直玻璃腔15、16，齿形金属贴片19、20，开槽玻璃腔18和充满18的液态金属25。

如图9所示，是该超表面在TE模式下和TM模式下状态一的吸收曲线。如图10所示，是该超表面在TE模式下和TM模式下状态三的吸收曲线。该超表面的在状态一和状态三下的功能均为吸波器且对于入射的电磁波是极化不敏感的，工作时重力沿-z方向且电磁波沿-z方向垂直入射(电场沿y轴方向)。由吸收率公式A(ω)＝1-R(ω)-T(ω)，R(ω)表示反射率，T(ω)表示透射率。当该超表面处于状态一和状态三时，底层开槽玻璃腔内的液态金属汞和齿形金属贴片共同组成完整金属反射板，所以T(ω)＝0，故A(ω)＝1-R(ω)。图9中实线和虚线分别是状态一(固态等离子体谐振单元5、6、7、8均未激励)TE模式和TM模式下的吸收曲线，可以看出TE和TM模式下的吸收曲线基本相同，在9.41～12.1GHz内吸收率大于90％，相对带宽为25.01％。图10中实线和虚线分别是状态三(固态等离子体谐振单元5、6、7、8均激励)TE模式和TM模式下的吸收曲线，可以看出TE和TM模式下吸收曲线基本相同，在8.7～13.6GHz内吸收率大于90％，相对带宽为43.95％。所以可以看出，通过激励固态等离子体谐振单元可以达到展宽吸收带宽的目的。

如图11所示，是该超表面在状态二下的极化转换率曲线和相位差曲线。由极化转换率公式PCR表示反射极化转换率，r_ps表示交叉极化反射系数，r_ss表示同极化反射系数，t_ps表示交叉极化透射系数，t_ss表示同极化透射系数，由于底层为完全金属反射板，所以t_ps＝t_ss＝0，所以当PCR＝0.5且正交反射极化波相位差为±90°(或者其奇数倍)时，表示发生完全线-圆极化转换。当该超表面处于状态二时，液态金属汞在重力作用下流入且充满方形玻璃腔，充当反射板的作用，此时位于方形玻璃腔背面的结构不参与工作。从图11中虚线可以看出正交反射极化波相位差在7.2～10.5GHz内始终为90°或者-270°，图11中实线表示在7.2～10.5GHz内极化转换率基本处在0.5附近。所以证明在状态二下该超表面的线-圆极化转换的可以实现线-圆极化转换。

如图12是该极超表面在状态二下的轴比曲线，在工作时，电磁波沿-z方向垂直入射(电场沿y轴方向)。工程上定义当极化波轴比小于3dB时即认为是圆极化波。图12中，该超表面的3dB轴比频带为7.28～10.51GHz，相对带宽为36.31％。所以可以看出，通过翻转的形式可以调控该超表面的功能，翻转前，为吸波器，翻转后，为线-圆极化转换器。

在经过特定设计后，本实用新型可以通过重力场调控液态金属汞在玻璃腔内的位置和形状，从而使得该超表面可以实现线-圆极化转换器和吸波器两种功能。同时，本实用新型还可以通过调控固态等离子体区域的激励状态来达到展宽吸收带宽的目的。本实用新型具有调控手段多样、设计灵活、功能性强、实用性强等特点。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于：由单元结构周期排列而成，包括自下而上依设置的五层结构，第一层结构为呈互补形状的开槽玻璃腔与齿形金属贴片，第二层结构为设置于开槽玻璃腔上方的开孔介质层及设置于开孔内的垂直玻璃腔，第三层结构为设置于开孔介质层上方的方形玻璃腔，第四层结构为方形介质层，第五层结构为设置于方形介质层顶面的“L”形金属贴片、固态等离子体谐振单元和加载电阻，所述第一和三层的玻璃腔通过第二层的垂直玻璃腔相互连通，第一层玻璃腔内封装有液态金属汞，通过翻转的形式，可在第一层与第三层玻璃腔内转移；通过翻转的形式，可以改变液态金属汞在玻璃腔内的形状和位置从而使得该超表面的功能可以在线-圆极化转换器和吸波器之间切换，翻转前，该超表面为吸波器，吸收频带为9.41～12.1GHz，相对带宽为25.01％；翻转后，该超表面为线-圆极化转换器，3dB轴比频带为7.28～10.51GHz，相对带宽为36.31％；同时，当超表面的功能为吸波器时，可以通过调控固态等离子体谐振单元的激励状态来展宽吸波器吸收带宽，当固态等离子体谐振单元全部未激励时，吸收频带为9.41～12.1GHz，相对带宽为25.01％；当固态等离子体谐振单元全部激励时，吸收频带为8.7～13.6GHz，相对带宽为43.95％。

2.根据权利要求1所述的基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于：所述“L”形金属贴片个数为四个，四个“L”形金属贴片是由一个边长为a＝13mm的正方形结构减去一个圆心位于该正方形中心点处的半径为r₁＝6.6mm的圆形结构的重叠部分后所剩下四个“L”形结构构成，左右“L”形金属贴片关于y轴对称，上下“L”形金属贴片关于x轴对称，四个“L”形金属贴片通过四个的阻值为550Ω的加载电阻相连。

3.根据权利要求2所述的基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于：所述固态等离子体谐振单元置于圆形结构的内部，其个数为四个，四个固态等离子体谐振单元由一个半径为r₂＝4.55mm的圆形减去一个中心点位于该圆形圆心处的边长为b＝7.1mm的正方形的重叠部分后所剩下四个弓形构成，左右固态等离子体谐振单元关于y轴对称，上下固态等离子体谐振单元关于x轴对称。

4.根据权利要求1所述的基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于：所述齿形金属贴片个数为两个，由一个沿u轴的长c＝9.5mm，宽d＝1.7mm的矩形、两个沿v轴的长e＝2mm，宽d＝1.7mm的附加短矩形和两个沿v轴的长f＝3mm，宽d＝1.7mm的附加长矩形构成，所述附加短矩形和附加长矩形之间相距g＝1mm，两个齿形金属贴片相距i＝0.3mm，所述两个附加短矩形关于v轴对称，所述两个附加长矩形关于v轴对称；所述开槽玻璃腔由边长p＝15mm，厚度w₁＝0.1mm，腔壁厚度w₃＝0.01mm的方形玻璃腔剪去与两个齿形金属贴片重叠部分后构成。

5.根据权利要求1所述的基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于：所述方形玻璃腔边长p＝15mm，厚度w₂＝0.0761mm，腔壁厚度w₃＝0.01mm；所述两个垂直玻璃腔均呈空心圆柱形，分别位于开孔介质层所开的对称的垂直过孔中，其外径r₃＝0.2mm，腔壁厚度w₃＝0.01mm。

6.根据权利要求1所述的基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于：所述开槽玻璃腔、方形玻璃腔及两个垂直玻璃腔共同构成相连通的玻璃腔，所述开槽玻璃腔的可容纳体积、方形玻璃腔的可容纳体积和封装的液态金属汞的体积三者相同，均为12.604mm³。

7.根据权利要求1所述的基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于：当所述超表面处于翻转前状态时，所述超表面功能为吸波器，此时电磁波沿-z轴方向入射，电场沿y轴方向，且重力方向沿-z轴方向，液态金属汞在重力的作用下流入且充满开槽玻璃腔，液态金属汞与齿形金属贴片共同起到反射板的作用；当所述超表面绕y轴180°翻转后，所述超表面功能为极化转换器，此时液态金属汞在重力的作用下流入且充满方形玻璃腔，液态金属汞独自起到反射板的作用，方形玻璃背面的方形介质层、“L”形金属贴片，固态等离子体谐振单元均不参与工作。

8.根据权利要求3所述的基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于：所述固态等离子体构成的谐振单元嵌于第四层的方形介质层中，固态等离子体由PIN单元组成的阵列实现，PIN单元之间具有隔离层进行隔离。

9.根据权利要求1所述的一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于：所述方形介质层材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切值0.001，介质基板边长p＝15mm，厚度h₁＝1.1239mm；所述开孔介质层材料为F4B，介电常数2.65，损耗角正切值0.001，介质基板边长p＝15mm，厚度h₂＝2mm；所述开孔介质层在沿u轴的对角线上开有两个半径r₃＝0.2mm的圆柱形过孔，两个圆柱形过孔关于v轴对称，两孔心相距j＝8.49mm。

10.根据权利要求1所述的一种基于固态等离子体和重力场调控的超表面，其特征在于，所述齿形金属贴片和顶层金属贴片材料均为铜，所述齿形金属贴片、顶层金属贴片和固态等离子体谐振单元厚度均为w₁＝0.1mm。