[發(fā)明專利]一種基于ELC電諧振超材料結(jié)構(gòu)的功率限幅器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710015039.4
• 申請(qǐng)日: 2017-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN106877831A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉強(qiáng);趙強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03G11/02
• 分類號(hào): H03G11/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁功能器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ELC電諧振超材料結(jié)構(gòu)的功率限幅器件。

背景技術(shù)

人工電磁超材料是一種人造介質(zhì)，在自然界并不存在，它利用亞波長(zhǎng)的微結(jié)構(gòu)當(dāng)做類似材料組成單元的原子和分子，因其所具有的獨(dú)特的電磁特性，如負(fù)折射率效應(yīng)、負(fù)磁導(dǎo)率效應(yīng)、強(qiáng)圓二向色性、電磁隱身、逆多普勒效應(yīng)、逆契侖可夫輻射等而受到廣泛的關(guān)注。近年來(lái)已有許多關(guān)于線性電磁超材料特性的研究，特別是微波波段的非線性特性。超材料具有實(shí)現(xiàn)電路功能的潛力，一個(gè)最感興趣的器件為功率限幅器。功率限幅器具有可變的輸出功率，具體的輸出功率依賴于輸入功率的大小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于ELC電諧振超材料結(jié)構(gòu)的功率限幅器件，當(dāng)入射電磁波功率大于一個(gè)閾值時(shí)開始衰減信號(hào)，而允許低入射電磁波功率通過。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于ELC電諧振超材料結(jié)構(gòu)的功率限幅器件，包括至少一個(gè)超材料結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)超材料結(jié)構(gòu)單元包括基板、位于基板之上的人工微結(jié)構(gòu)、及加載于人工微結(jié)構(gòu)上的可變電容二極管；所述人工微結(jié)構(gòu)為ELC電諧振超材料結(jié)構(gòu)，兩端金屬線各有一個(gè)開口，中間金屬線開口處加載一PIN二極管(Skyworks SMS7621-079LF)。

進(jìn)一步地，所述人工微結(jié)構(gòu)由銅線制成，所述基板為微波段低損耗介質(zhì)基板，具體為FR4介質(zhì)基板，基板厚度為1.5mm。

進(jìn)一步地，a為17mm，b為18mm，g為0.9mm到1.1mm，d為9.4mm到9.6mm。

本發(fā)明的有益效果為：當(dāng)入射電磁波功率大于一個(gè)閾值時(shí)開始衰減信號(hào)，而允許低入射電磁波功率通過。這和傳統(tǒng)的超材料功率吸收器件有很大不同，傳統(tǒng)的超材料功率吸收器件既吸收低入射電磁波功率又吸收高入射電磁波功率，而沒有選擇性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明超材料結(jié)構(gòu)單元的示意圖；其中，(a)為超材料結(jié)構(gòu)單元的整體結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為超材料結(jié)構(gòu)單元的俯視圖及人工微結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)；(c)為超材料結(jié)構(gòu)單元的等效電路圖；

圖2為本發(fā)明超材料結(jié)構(gòu)單元開口處的動(dòng)態(tài)電壓幅度；

圖3為本發(fā)明超材料結(jié)構(gòu)單元在PIN二極管2種工作狀態(tài)下的透射系數(shù)圖；

圖4為本發(fā)明超材料結(jié)構(gòu)單元在PIN二極管2種工作狀態(tài)下的反射系數(shù)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供了一種基于ELC電諧振超材料結(jié)構(gòu)的功率限幅器件，當(dāng)入射電磁波功率大于一個(gè)閾值時(shí)開始衰減信號(hào)，而允許低入射電磁波功率通過。

如圖1所示，為本發(fā)明提供的一種基于ELC電諧振超材料結(jié)構(gòu)的功率限幅器件，包括至少一個(gè)超材料結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)超材料結(jié)構(gòu)單元包括基板、位于基板之上的人工微結(jié)構(gòu)、及加載于人工微結(jié)構(gòu)上的可變電容二極管；所述人工微結(jié)構(gòu)為ELC電諧振超材料結(jié)構(gòu)，兩端金屬線各有一個(gè)開口，中間金屬線開口處加載PIN二極管(Skyworks SMS 7621-079LF)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的超材料結(jié)構(gòu)可以通過電路印刷技術(shù)進(jìn)行加工。圖2為本發(fā)明超材料結(jié)構(gòu)單元中間金屬線開口處的電壓隨頻率的變化曲線，反應(yīng)出開口處的電壓放大效應(yīng)。

本發(fā)明在中間金屬線開口處加載PIN二極管，即在超材料結(jié)構(gòu)單元中引入了非線性元素，使超材料結(jié)構(gòu)單元具有電磁波的非線性響應(yīng)；同時(shí)，由于開口處具有電壓放大效應(yīng)，因此能夠驅(qū)動(dòng)二極管工作。

本發(fā)明可通過電磁波功率來(lái)改變PIN二極管的截止和導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)一步選擇性地透射電磁波。在高入射電磁波功率下，PIN二極管導(dǎo)通，原本的超材料結(jié)構(gòu)單元被破壞，超材料結(jié)構(gòu)在2GHz到4GHz內(nèi)衰減電磁波。在低入射電磁波功率下，PIN二極管截止，超材料結(jié)構(gòu)在2GHz到4GHz內(nèi)允許電磁波通過。圖3為本發(fā)明超材料結(jié)構(gòu)單元在PIN二極管2種工作狀態(tài)下的反射系數(shù)圖；圖4為本發(fā)明超材料結(jié)構(gòu)單元在PIN二極管2種工作狀態(tài)下的透射系數(shù)圖。

其中R＝5000代表PIN二極管截止，R＝12代表PIN二極管導(dǎo)通。

實(shí)施例