[發明專利]一種基于超材料的高頻電磁能量采集器

有效

• 申請號: 202110276301.7
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113036445B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 文永正;趙世強;郎光輝;周濟;王健;趙國棟
• 申請（專利權）人: 北京索通新動能科技有限公司;清華大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙靜

1.一種基于超材料的高頻電磁能量采集器，其特征在于：所述高頻電磁能量采集器至少包含一個超材料響應基元；

所述超材料響應基元由電磁諧振結構和能量轉換結構組成，整體結構設置于襯底上；

所述電磁諧振結構由一個U形金屬環構成，在U形環內部和部分外部區域均產生所需的局域電磁場，支持在U形金屬環所在平面以外放置能量轉換結構；

所述電磁諧振結構位于所述能量轉換結構之上；

所述能量轉換結構是實際發生能量采集的區域，需滿足位于所述電磁諧振結構產生的局域電磁場區域內。

2.根據權利要求1所述的基于超材料的高頻電磁能量采集器，其特征在于：所述電磁諧振結構能夠與入射電磁波耦合產生局域增強電場和局域增強磁場。

3.根據權利要求1或2所述的基于超材料的高頻電磁能量采集器，其特征在于：所述電磁諧振結構的組成材料選自以下任意一種材料：介質材料、良導體金屬、重摻雜或不摻雜的半導體材料。

4.根據權利要求1或2所述的基于超材料的高頻電磁能量采集器，其特征在于：所述能量轉換結構是具有獨立幾何形狀的結構或是襯底上一塊摻雜區域。

5.根據權利要求1或2所述的基于超材料的高頻電磁能量采集器，其特征在于：所述能量轉換結構組成材料為具有自由載流子的材料，選自以下任意一種材料：金屬材料、n型或p型摻雜的半導體材料、半金屬材料、石墨烯、二硫化鉬、二硫化鎢和MXene；

所述自由載流子是電子、或空穴，其來源是材料本征具有的、或是通過其它方式產生的，其產生方式包括元素摻雜、碰撞電離、光激發、本征激發、熱激發或高能帶電粒子激發。

6.根據權利要求1或2所述的基于超材料的高頻電磁能量采集器，其特征在于：所述襯底作用為支撐超材料結構，應該盡量減少對電磁波的損耗；選擇材料包括特氟龍、高純硅、高純砷化鎵、玻璃、石英、FR-4、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚對二甲苯。

7.根據權利要求1或2所述的基于超材料的高頻電磁能量采集器，其特征在于：所述基于超材料的高頻電磁能量采集器由單個超材料響應基元組成；

或所述基于超材料的高頻電磁能量采集器由多個超材料響應基元組成周期性陣列；其級聯方式包括串聯、并聯或者串并聯混合。

8.根據權利要求1或2所述的基于超材料的高頻電磁能量采集器，其特征在于：所述基于超材料結構的高頻電磁能量采集器無需外接整流電路，可以覆蓋射頻波段、太赫茲、中紅外到可見光波段多個電磁波段，波長范圍涵蓋400?nm-1?m，同時其工作頻段通過以下至少一種方式調節：調節電磁諧振結構的尺寸或材料組成、調節超材料響應基元的排列周期、調節襯底的介電常數。