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申请/专利权人：大连海事大学

摘要：本发明提供一种双通道各向同性逆反射水基超表面设计方法，通过建立了各向同性逆反射水基超表面拓扑优化模型，搭建了针对不同入射角度逆反射超表面的调控策略。以10GHz入射波为例，对逆反射水基超表面实现机构进行了设计，通过调节水基结构内单元结构的充水量，实现多角度可调节的逆反射特性，进一步对阵列组成进行调控，实现其多通道特征。同时利用旋转对称性，重新调整超胞内的单胞结构，可以实现具有各向同性和互易性的水基超材料逆反射超表面。

主权项：1.二维各向同性可控重构水基逆反射器超表面结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：选定介质基板材料，根据广义斯涅耳定律建立超表面多通道反射器；将超表面阵列的一个组成周期划分为一个超胞，将水基单胞作为设计域，以二维周期网格将所述设计域划分为规则矩形子网格阵列，控制调整各水基的填充、缺失与高度，描述不同微结构的构型；对周期性超表面内超胞所产生的反射进行相位叠加可实现对波反射波束方向的控制；当斜入射电磁波照射到常规反射表面时，在无切向梯度的条件下，反射波将会沿着不同的路径最终汇合到同一出射点，其中光程以及到达汇合点的相位均相同，反射表面发生常规镜面反射；若设沿反射表面切向响应相位差为dφx，反射角与入射角分别为θr和θi，则θr和θi的关系表示为：k0n0sinθidx＝k0n0sinθrdx-dφx；其中，k0＝2πλ0表示波数，λ0表示入射波的波长，n0表示反射介质折射率；如果反射介质为具有周期特性的介质，那么反射通道数会与反射介质本身的周期特性有关，当波长为λ0的电磁波入射到周期为d的介质表面时，如果周期d小于λ0，则反射通道会表现为常规的镜面反射通道；如果d2λ0，则反射介质可能会产生三个或三个以上的反射通道；如果在λd2λ的情况下，则反射表面可能会产生双通道，即包含镜面反射通道和逆反射通道；为了确定周期长度d，对上式进一步推导，即可得到广义斯涅耳定律： 引入周期性梯度电磁超表面，来获取介质表面的相位梯度，周期内的相邻子域沿介质表面切向等距排列，为简化设计，设相位只沿X轴方向线性变化，无其他方向相位梯度，则有： 可化简为： 当反射通道包括逆反射通道时，会存在θi＝-θr的解，得到推导出包含逆反射通道的反射介质周期满足： 设单周期内波数满足条件kd＝2πd＝2k0sinθi，在实现双通道和逆反射时，单个周期内至少包含的离散单元相位梯度数N为： 所述超胞内所需包含单胞的个数至少为2即可实现逆反射。

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