[發明專利]一種太赫茲頻段的全角度透明傳輸材料

有效

• 申請號: 201710373946.6
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107275792B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 王春;朱忠博;葉德信
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01Q15/02
• 分類號: H01Q15/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種太赫茲頻段的全角度透明傳輸材料。全角度透明傳輸材料由人工媒質電磁諧振單元通過空間電磁耦合，陣列形成在電磁諧振單元所在平面的電磁諧振層構成；電磁諧振單元包括襯底和襯底平面上的正方形金屬傳輸線邊框，以及在正方形金屬傳輸線邊框的對稱中心的圓形金屬盤，在電磁波入射下能同時被電場和磁場激發產生電諧振和磁諧振；電磁諧振層在太赫茲頻段電磁波任意角度入射的情況下，具有任意入射角下全透射特性。本發明構造出的全角度透明傳輸材料，首次實現利用人工媒質構造太赫茲波段的全角度透明傳輸材料，并且結構簡單，可廣泛應用于各種人工媒質領域。

技術領域

本發明涉及人工媒質領域，尤其是涉及了人工媒質領域的一種涉及單層平面工藝構造的太赫茲頻段的全角度透明傳輸材料。

背景技術

人工媒質的物理本質，是通過密集排列的亞波長諧振單元，模擬自然媒介中原子的電磁極化，以在所需頻段獲得特定的頻率色散。科學界一直致力于利用改變亞波長諧振單元的結構特性來改變媒質的電磁參數，從而獲得具有沒有反射的等效媒質，即完美匹配層(PML)。PML是計算電磁學中通過數學定義的一種假想的物質模型。1994年，Berenger首次提出PML的概念，后被廣泛用于科研及工程領域的有限域數值計算。任意極化的電磁波以任意入射角入射到PML表面時，無任何反射地進入PML內部。當PML具有較大損耗時，透射的電磁波能量會被迅速吸收，成為一種理想的吸波材料；當PML具有損耗較小時，透射的電磁波能量可以幾乎沒有損耗的從PML出射，成為一種理想的透明材料。利用無損耗PML概念，可以得到媒質本身的“自我隱身”，實現“完美”理想天線罩等新奇應用。

目前基于頻率選擇表面(FSS：Frequency selective surface)的寬頻帶天線罩研究已有很多報道，但由于FSS的較大單元、強烈的各向異性條件的限制，并未能實現全角度的透明傳輸特性。2016年，浙江大學葉德信博士利用3D打印技術，提出基于人工媒質電磁參數的精確控制，實現了一種等效介電常數和磁導率與自由空間接近的無損耗人工PML媒質，并且對任意極化、任意入射角的橫電波(TE)波呈現接近于1的相對折射率和波阻抗，實現微波頻段的全角度透明傳輸。2016年，蘇州大學杭志宏教授利用光子晶體理論同樣實現微波波段的TE波全角度透明傳輸材料。

到目前為止，全角度透明傳輸材料的研究仍限于微波頻段，因為微波頻段諧振單元的結構尺寸相對于太赫茲波段諧振單元尺寸較大，容易實現加工，同時在微波波段，材料的本征損耗相對較小，更容易實現無損耗的等效媒質。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提出了一種太赫茲頻段的全角度透明傳輸材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一、電磁諧振單元：

所述的電磁諧振單元由三部分組成，包括襯底以及布置在襯底上表面的環形金屬傳輸線邊框和圓形金屬盤，環形金屬傳輸線邊框布置在襯底上表面周圍邊緣，圓形金屬盤布置在襯底上表面的中心。同時襯底采用本征高阻硅片，環形金屬傳輸線邊框和圓形金屬盤均采用銅。

具體實施的電磁諧振單元包括材質為本征高阻硅片的襯底，襯底平面上材質為金屬銅的正方形金屬傳輸線邊框，以及材質同樣為金屬銅的在正方形金屬傳輸線邊框的對稱中心的圓形金屬盤。

所述的電磁諧振單元結構如圖1所示。所述的諧振單元的邊長尺寸小于自由空間中波長的四分之一，在電磁波入射下能同時被電場和磁場激發產生電諧振和磁諧振，其中環形金屬傳輸線邊框影響電諧振，圓形金屬盤影響磁諧振。

所述的電磁波的電場方向可在電磁諧振層所在平面的任意方向，即橫電波。

二、一種太赫茲頻段的全角度透明傳輸材料：

所述的太赫茲頻段的全角度透明傳輸材料由人工媒質電磁諧振層構成，電磁諧振層是由多個電磁諧振單元在自身所在平面陣列并通過空間電磁耦合形成。