[發明專利]一種波束分離元件

有效

• 申請號: 201110302172.0
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN103036057A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 劉若鵬;季春霖;岳玉濤;尹小明
• 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: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q15/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種波束控制元件，尤其涉及一種波束分離元件。

背景技術

波速分離是指將輻射源輻射的電磁波轉換為兩束或多束向不同方向傳播的電磁波。波束分離裝置廣泛的用于各類電子裝置產品，例如雷達、微波天線等中。

現有的波束分離裝置均通過非常復雜的系統來控制波束的分離，需要經過精密的設計和多個電子元器件的配合才能達到所需的效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述不足，提出一種易于實現、結構簡單的波束分離元件。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是提出一種波束分離元件，其包括功能層以及設置于所述功能層一側外表面的反射板，所述功能層包括基材以及周期排布于基材上的多個人造金屬微結構；所述波束分離元件包括一個圓形區域以及與所述圓形區域同心的多個環形區域，所述圓形區域和所述環形區域內折射率變化范圍相同，均隨著半徑的增大，從所述波束分離元件所具有的最小折射率n_min連續增大到最大折射率n_max且相同半徑處的折射率相同。

進一步地，所述功能層上，以所述功能層中心點為圓心，半徑為r處的折射率為：

其中，L表示功能層的長度，n表示L長度的功能層截取的折射率變化周期數，功能層上折射率由最小折射率變化到最大折射率為一個周期。

進一步地，所述人造金屬微結構形狀相同，所述多個人造金屬微結構在所述功能層上的排布規律為：所述功能層包括一個圓形區域以及與所述圓形區域同心的多個環形區域，所述圓形區域和所述環形區域內人造金屬微結構的尺寸變化范圍相同，均隨著半徑的增大，從所述波束分離元件所具有的最小折射率n_min對應的人造金屬微結構的最小尺寸連續增大到最大折射率n_max對應的人造金屬微結構的最大尺寸，且相同半徑處的人造金屬微結構的尺寸相同。

進一步地，所述人造金屬微結構的幾何形狀為“工”字形，包括豎直的第一金屬分支以及位于所述第一金屬分支兩端且垂直于所述第一金屬分支的第二金屬分支。

進一步地，所述幾何形狀還包括位于所述第二金屬分支兩端且垂直于所述第二金屬分支的第三金屬分支。

進一步地，所述人造金屬微結構的幾何形狀為平面雪花型，包括相互垂直的兩條第一金屬分支以及位于所述第一金屬分支兩端且垂直于所述第一金屬分支的第二金屬分支。

進一步地，所述基材為高分子材料、陶瓷材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。

進一步地，所述基材為FR-4材料或者F4B材料。

進一步地，所述人造金屬微結構通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻周期排布于所述基材上。

進一步地，所述人造金屬微結構材質為銅、銀或者鋁。

本發明通過利用超材料原理，設計波束分離元件上各點的折射率值使之具有分離波束的性能，具有結構簡單且易于實現，無需各種額外的控制設備，節約成本的有益效果。

附圖說明

圖1為構成超材料的基本單元的立體結構示意圖；

圖2為本發明波束分離元件響應饋源發出電磁波的示意圖；

圖3為本發明波束分離元件橫截面折射率分布示意圖；

圖4為本發明波束分離元件縱截面折射率分布示意圖；

圖5為能對電磁波產生響應以改變超材料基本單元折射率的第一較佳實施方式的人造金屬微結構的拓撲圖案；

圖5a為圖5所示拓撲圖案的衍生圖案；

圖6為能對電磁波產生響應以改變超材料基本單元折射率的第二較佳實施方式的人造金屬微結構的拓撲圖案；

圖6a為圖6所示拓撲圖案的衍生圖案；

圖7為本發明波束分離元件的實驗測試結果圖。

具體實施方式

光，作為電磁波的一種，其在穿過玻璃的時候，因為光線的波長遠大于原子的尺寸，因此我們可以用玻璃的整體參數，例如折射率，而不是組成玻璃的原子的細節參數來描述玻璃對光線的響應。相應的，在研究材料對其他電磁波響應的時候，材料中任何尺度遠小于電磁波波長的結構對電磁波的響應也可以用材料的整體參數，例如介電常數ε和磁導率μ來描述。通過設計材料每點的結構使得材料各點的介電常數和磁導率都相同或者不同從而使得材料整體的介電常數和磁導率呈一定規律排布，規律排布的磁導率和介電常數即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應，例如匯聚電磁波、發散電磁波等。該類具有規律排布的磁導率和介電常數的材料我們稱之為超材料。