[發明專利]基于超材料的定向耦合器

有效

• 申請號: 201110254582.2
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102956951A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 劉若鵬;季春霖;岳玉濤;黃灃
• 申請（專利權）人: 深圳光啟高等理工研究院;深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: H01P5/18
• 分類號: H01P5/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及射頻和微波信號傳輸技術領域，更具體地說，涉及一種基于超材料的定向耦合器。

背景技術

定向耦合器是一種通用的微波或者毫米波部件，可以用于信號的隔離、分離和混合，如功率的監測、源輸出功率穩幅、信號源隔離、傳輸和反射的掃頻測試等。高性能的定向耦合器要求體積小、對傳輸信號的損耗小、耦合信號的平坦度和方向性要好、耦合度和駐波比也要比較好并且要有足夠的功率容量。

現有的定向耦合器大多為微帶耦合器，由于微帶定向耦合器靠主輔微帶線的窄邊耦合，耦合很弱，耦合段長度小時無法實現較強的耦合。耦合帶線的長度一般為工作頻率波長的10％～25％之間。在HF和VHF頻段，定向耦合器工作波長為米量級，按照10％波長計算，耦合段長度也在分米量級，因而定向耦合器的尺寸大損耗大。尤其當定向耦合器的耦合度要求比較弱時(如40dB)，微帶定向耦合器的方向性很難達到使用要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中耦合器的耦合度依賴于耦合段的長度、方向性不好、插入損耗大等缺陷，提供一種基于超材料的定向耦合器，所述耦合器具有方向性高、耦合平坦度好、承載功率大、還可以實現多向耦合、且體積小便于安裝使用的特點。

為了達到上述目的，本發明采用的如下技術方案：

基于超材料的定向耦合器，所述定向耦合器包括輸入端、輸出端以及耦合端，所述定向耦合器還包括一耦合模塊，其中，所述耦合模塊分別與所述輸入端、輸出端以及耦合端相連接，外圍的電磁波信號從所述輸入端輸入經過所述耦合模塊后，一部分電磁波信號直接從所述輸出端輸出，另一部分電磁波信號通過所述耦合模塊耦合至所述耦合端后輸出。

進一步地，所述耦合模塊由多個具有相同折射率分布的超材料面板堆疊而成，所述每一超材料面板由多個超材料片層組成，所述每一超材料片層由多個超材料單元組成，所述超材料單元包括單元基材以及人造微結構。

進一步地，所述每一超材料面板內的各個超材料片層的折射率均不相同，但每一超材料片層內部的折射率分布是均勻的。

進一步地，所述每一超材料面板內的各個超材料片層的折射率分布情況為：堆疊在一起的多個超材料片層中，底層的超材料片層的折射率是最小的，并隨著堆疊的高度逐漸增加，超材料片層的折射率也逐漸增加。

進一步地，所述每一超材料面板內的各個超材料片層的人造微結構的尺寸的分布情況為：堆疊在一起的多個超材料片層中，底層的超材料片層的人造微結構的尺寸是最小的，并隨著堆疊的高度逐漸增加，超材料片層內的人造微結構的尺寸也逐漸增加。

進一步地，所述多個超材料面板的折射率隨著縱坐標y的變化的分布情況為：以堆疊在一起的多個超材料面板建立坐標系，最低層坐標y＝0，

n(y)=nmin+nmax-nminp[y-(a-1)*p];]]>

其中，n_min表示每一超材料面板內最底層超材料片層的折射率值；n_max表示每一超材料面板內最上層超材料片層的折射率值；p表示每一超材料面板的高度；a表示超材料面板的層數，隨著超材料面板的層數增加，a依次取1、2、3、4、......其中，a＝1表示最底層超材料面板；n(y)表示縱坐標為y時的折射率。

進一步地，所述人造微結構為由至少一根金屬絲組成對電磁場有響應的平面結構或立體結構。

進一步地，所述金屬絲為銅絲或銀絲。

進一步地，所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在所述單元基材上，所述單元基材由陶瓷材料、環氧樹脂、聚四氟乙烯、FR-4復合材料或F4B復合材料制得。