[發(fā)明專利]利用有源人工介質(zhì)構(gòu)建的無需外加磁場的回旋介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110232336.7
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102427157A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志宇;王靜雨;張斌;皇甫江濤;冉立新
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01P1/32
• 分類號: H01P1/32
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非互易人工介質(zhì)，尤其是涉及一種利用有源人工介質(zhì)構(gòu)建的無需外加磁場的回旋介質(zhì)。

背景技術(shù)

回旋介質(zhì)是一種具有非互易傳輸特性的特殊電磁介質(zhì)，電磁波在其它大部分介質(zhì)中傳播時，無論是各向同性、單軸介質(zhì)、手征介質(zhì)，都具有傳播的對稱性，即電磁波的傳輸特性不與電磁波傳播方向是正向還是反向相關(guān)，滿足互易性定理。而在回旋介質(zhì)中傳播時，電磁波的傳輸不滿足非互易定理，相反方向傳播的電磁波具有極化偏轉(zhuǎn)方向不同的非互易傳輸特性。利用非互易特性可設(shè)計特殊用途的電磁器件，如環(huán)形器、隔離器等，可應(yīng)用于發(fā)射接收共用同一天線的微波通信、雷達(dá)系統(tǒng)中。

傳統(tǒng)的回旋介質(zhì)一般分為兩種，一為外加磁場的等離子體，如地球大氣中的電離層，一為外加磁場的鐵磁材料，如鐵氧體。兩者都需要外加磁場，且若使在較大回旋介質(zhì)內(nèi)實現(xiàn)相同的電磁特性，需要提供大范圍勻強磁場，不易加工、攜帶。由于等離子體不易控制，現(xiàn)有應(yīng)用多采用鐵磁材料實現(xiàn)，而鐵磁材料的工作頻率較低，在4GHz以上的設(shè)計中非互易特性不明顯，因而限制了更高頻率的非互易電磁器件設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

為了改變以往回旋介質(zhì)的實現(xiàn)方式，本發(fā)明的目的在于提供一種利用有源人工介質(zhì)構(gòu)建的無需外加磁場的回旋介質(zhì)，通過在兩種不同極化旋轉(zhuǎn)方向的人工介質(zhì)結(jié)構(gòu)中引入具有單向傳輸特性的放大器，交錯混合構(gòu)成有源人工介質(zhì)，使線極化電磁波由正向和反向入射該有源人工介質(zhì)時，途徑單向左旋結(jié)構(gòu)和單向右旋結(jié)構(gòu)放大電路出射的與原極化方向正交的兩線極化波的相位差相反，使得與直接透射的原極化出射波合成后的總的線極化出射波的極化偏轉(zhuǎn)方向相反，實現(xiàn)了回旋介質(zhì)的極化偏轉(zhuǎn)非互易傳輸特性，即回旋介質(zhì)的非互易法拉第旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明在兩片相互平行的前介質(zhì)板和后介質(zhì)板上分別設(shè)置成正方形排列的四組正交的偶極子；前介質(zhì)板左上和右下的兩組正交的偶極子與后介質(zhì)板相同位置的兩組偶極子分別通過放大器按順時針旋轉(zhuǎn)90度對應(yīng)相接，放大器方向均為以前介質(zhì)板偶極子為輸入，以后介質(zhì)板偶極子為輸出，構(gòu)成單向左旋結(jié)構(gòu)；而前介質(zhì)板右上和左下的兩組正交的偶極子與后介質(zhì)板相同位置的兩組偶極子分別通過放大器按順時針旋轉(zhuǎn)90度對應(yīng)相接，放大器方向均為以后介質(zhì)板偶極子為輸入，以前介質(zhì)板偶極子為輸出，構(gòu)成單向右旋結(jié)構(gòu)；將上述有源人工介質(zhì)單元沿上下左右方向周期延拓，整體組成無需外加磁場的的回旋介質(zhì)。

所述的有源人工介質(zhì)單元結(jié)構(gòu)，其尺度小于1/5波長。

所述的上下左右方向周期延拓，其延拓后的整體尺度大于3倍波長。

所述的放大器放大器選用Avago公司的MGA53543線性放大器芯片。

本發(fā)明具有的有益的效果是：

本發(fā)明借助放大器的單向傳輸特性實現(xiàn)任意線極化電磁波非互易傳輸，只需提供直流電即可產(chǎn)生回旋介質(zhì)的電磁特性，無需構(gòu)建傳統(tǒng)回旋介質(zhì)時需要外加的勻強磁場，便于實現(xiàn)。通過調(diào)整外接直流電壓的大小，可控制放大器的增益，實現(xiàn)對通過該回旋介質(zhì)的線極化電磁波極化偏轉(zhuǎn)角度的控制。由于利用放大器替代傳統(tǒng)的等離子體或鐵磁材料，工作頻率的選擇限制更少，可通過調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸在更大頻帶范圍內(nèi)構(gòu)建回旋介質(zhì)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的單向左旋結(jié)構(gòu)不同極化分解示意圖。

圖3是圖1的單向右旋結(jié)構(gòu)不同極化分解示意圖。

圖4是普通旋轉(zhuǎn)介質(zhì)極化偏轉(zhuǎn)示意圖。

圖5是回旋介質(zhì)極化偏轉(zhuǎn)示意圖。

圖6是放大器電路方案示意圖。

圖中：1、前介質(zhì)板，2、后介質(zhì)板，3、放大器，4、放大器方向，5、單向左旋結(jié)構(gòu)，6、單向右旋結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明是在兩片相互平行的前介質(zhì)板1和后介質(zhì)板2上分別設(shè)置成正方形排列的四組正交的偶極子；前介質(zhì)板1左上和右下的兩組正交的偶極子與后介質(zhì)板2相同位置的兩組偶極子分別通過放大器3按順時針旋轉(zhuǎn)90度對應(yīng)相接，放大器方向4均為以前介質(zhì)板偶極子為輸入，以后介質(zhì)板偶極子為輸出，構(gòu)成單向左旋結(jié)構(gòu)5；而前介質(zhì)板1右上和左下的兩組正交的偶極子與后介質(zhì)板2相同位置的兩組偶極子分別通過放大器3按順時針旋轉(zhuǎn)90度對應(yīng)相接，放大器方向4均為以后介質(zhì)板偶極子為輸入，以前介質(zhì)板偶極子為輸出，構(gòu)成單向右旋結(jié)構(gòu)6；將上述有源人工介質(zhì)單元沿上下左右方向周期延拓，整體組成無需外加磁場的的回旋介質(zhì)。

所述的有源人工介質(zhì)單元結(jié)構(gòu)，其尺度小于1/5波長。