[發明專利]基于電磁雙諧振結構的零折射微波透鏡

在審

• 申請號: 201710176768.8
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107026330A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 張明芳
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十六研究所
• 主分類號: H01Q15/08
• 分類號: H01Q15/08
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙)11386
• 代理人: 王濤,王一

技術領域

本發明涉及零折射微波透鏡技術領域，尤其涉及一種基于電磁雙諧振結構的零折射微波透鏡。

背景技術

超常媒質(Metamaterial)是將具有特定幾何形狀的基本單元周期性或非周期性的排列所得到的新型人工材料。通過改變基本單元的結構及參數，可自由控制超常媒質的電磁屬性，即其介電常數與磁導率。目前的超常媒質介電常數與磁導率可正可負也可為零，二者可以同號，也可異號。因此，若構造出介電常數或磁導率為零的超常媒質，則該超常媒質的折射率可以為零，即零折射材料(ZIM或Zero Refractive Index Metamaterial)。2002年，S.Enoch等指出零折射材料具有匯聚電磁波束的功能，因此可以用來制作微波透鏡，用于提高天線輻射的定向性(S.Enoch,et al.A metamaterial for directive emission.Physical Review Letters,2002,89:213902)。基于S.Enoch等人的研究結果，人們很快設計出了多種零折射微波透鏡(下面簡稱零折射透鏡)和零折射透鏡天線。然而，現有的零折射透鏡只是通過單純的零介電常數(電諧振)或者單純的零磁導率(磁諧振)來實現零折射率，它們與空氣層的阻抗不匹配，如果直接使用會顯著降低天線的輻射效率。所以，現有的絕大多數零折射透鏡只能是放置在喇叭天線口面內部(Q.Wu，at al.A novelflat lens horn antenna designed based on zero refraction principle of metamaterials，Applied Physics，2007，A87，151-156)，或者是借助天線后方的金屬反射板(比如微帶天線的地板)(Dongho Kim，at al.Analysis of Antenna Gain Enhancement with a New Planar Metamaterial Superstrate:an Effective Medium and a Fabry-Pérot Resonance Approach，J Infrared Milli Terahz Waves，2010，31:1289–1303)，或者是直接將天線嵌入到零折射透鏡的內部(Cheng Q，at al.Radiation of planar electromagnetic waves by a line source in anisotropic MTMs,Journal of Physics D-Applied Physics，2010，43(33)：335406.)，同時需要針對不同的天線分別進行結構優化，才能最終起到提高天線增益(天線增益是天線的實際性能指標，它等于天線的輻射定向性系數乘以天線的效率)的效果。這使得現有的零折射透鏡對應用環境十分挑剔，而且對于不同的天線往往不具有通用性，因此很不方便使用。雖然，Ma等人在2009年提出可以利用各向異性的零折射率材料來改善零折射透鏡與空氣的阻抗匹配特性，從而使零折射透鏡可以和天線分離開來(這樣就可以使零折射透鏡對于不同的天線具有一定的通用性)(Ma YG,et al.Near-field plane-wave-like beam emitting antenna fabricated by anisotropic metamaterial，Applied Physics Letters，2009，94(4)：044107.)但是從目前的實際應用結果來看，這種各向異性零折射透鏡對天線增益的提高效果十分有限，甚至不足1dB(參見2011年5月13日公開的專利公開文件CN102280703中，說明書附圖的圖9)。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種基于電磁雙諧振結構的零折射微波透鏡，用以解決現有的各向異性零折射透鏡對天線增益的提高效果低的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種基于電磁雙諧振結構的零折射微波透鏡，該零折射微波透鏡包括：第一條形介質基板、第二條形介質基板；

第一條形介質基板為雙面覆銅的條形介質基板，且蝕刻有方形開口諧振環；

第二條形介質基板為單面覆銅的條形介質基板；

第一條形介質基板與第二條形介質基板形狀相同；

第一條形介質基板為N個，N為大于1的整數，第二條形介質基板比第一條形介質基板多一個；

所有第二條形介質基板均面對面并排平行排列，任意兩個相鄰的第二條形介質基板之間均排列有一個第一條形介質基板。