[發(fā)明專利]一種具有近場匯聚功能的全金屬超材料透鏡及其單元排布設(shè)計方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110591390.4 | 申請日： | 2021-05-28 |
| 公開（公告）號： | CN113394565B | 公開（公告）日： | 2022-08-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 孟繁義;何磊;曲成剛 | 申請（專利權(quán)）人： | 哈爾濱工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號： | H01Q15/00 | 分類號： | H01Q15/00 |
| 代理公司： | 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211 | 代理人： | 劉景祥 |
| 地址： | 150001 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 具有 近場 匯聚 功能 全金屬 材料 透鏡 及其 單元 排布 設(shè)計 方法 | ||
本發(fā)明公開一種具有近場匯聚功能的全金屬超材料透鏡的移相量設(shè)計方法。每個單元包括四層金屬層(1)與三層空氣層(2)，所述四層金屬層(1)與三層空氣層(2)間隔排列組成，所述金屬層(1)包括四個矩形金屬縫隙(4)與四個正方形金屬縫隙(3)，四個所述矩形金屬縫隙(4)分別設(shè)置在金屬層(1)的邊長位置，四個所述正方形金屬縫隙(3)分別設(shè)置在金屬層(1)的四個頂角位置，所述矩形金屬縫隙(4)與正方形金屬縫隙(3)間隔設(shè)置，每個所述矩形金屬縫隙(4)向內(nèi)延伸中心豎線或中心橫線，所述金屬層結(jié)構(gòu)為中心旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)。用以解決全金屬超材料透鏡耐高溫和機(jī)械穩(wěn)定性的問題。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微波器件工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有近場匯聚功能的全金屬超材料透鏡及其單元排布設(shè)計方法。
背景技術(shù)
微波透鏡在醫(yī)療和衛(wèi)星通信等多種場景中具有重要價值。醫(yī)療方面，聚束透鏡可以將電磁波束聚焦，在腫瘤的微波熱療中具有方向性好，熱效率大，增益高等特點(diǎn)；在衛(wèi)星通信方面，微波透鏡可以接受多個衛(wèi)星信號，極大提高天線性能。然而，傳統(tǒng)的透鏡存在體積較大，成本昂貴等問題，因此，具有低剖面，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉特點(diǎn)的超材料透鏡得到了廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)有超材料透鏡一般采用PCB工藝以介質(zhì)基板為基底材料進(jìn)行加工(以下簡稱介質(zhì)超材料透鏡)，但這類介質(zhì)超材料透鏡無法在高溫、高壓以及高機(jī)械強(qiáng)度下正常工作。譬如在航空航天領(lǐng)域，器件通常需要在幾百度的高溫下使用。在這種情況下，介質(zhì)超材料透鏡會產(chǎn)生變形、融化等問題，以至于無法正常應(yīng)用。介質(zhì)超材料透鏡無法在惡劣環(huán)境條件下工作，嚴(yán)重限制其實(shí)際應(yīng)用場景。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有近場匯聚功能的全金屬超材料透鏡及其單元排布設(shè)計方法，用以解決全金屬超材料透鏡耐高溫和機(jī)械穩(wěn)定性的問題。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種具有近場匯聚功能的全金屬超材料透鏡，所述全金屬超材料透鏡由多個陣列單元組成，具有不同移相量的陣列單元按照預(yù)先設(shè)計好的移相量分布規(guī)律在XOY平面上進(jìn)行排列；
每個單元包括完全相同的四層金屬層1與三層空氣層2，所述四層金屬層1與三層空氣層2間隔排列組成，每層所述金屬層1包括四個矩形金屬縫隙4與四個正方形金屬縫隙3，四個所述矩形金屬縫隙4分別設(shè)置在金屬層1的邊長位置，四個所述正方形金屬縫隙3分別設(shè)置在金屬層1的四個頂角位置，所述矩形金屬縫隙4與正方形金屬縫隙3間隔設(shè)置，每個所述矩形金屬縫隙4向內(nèi)延伸中心豎線或中心橫線，所述金屬層結(jié)構(gòu)為中心旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步的，所述金屬層1的外形輪廓長度均為d，其取值范圍為0.16λ0～0.2λ0，其中λ0為最低工作頻率電磁波在自由空間中波長；
所述金屬層1的厚度為h，取值范圍是0.005λ0～0.01λ0；
所述空氣層2厚度為s，取值范圍為0.05λ0～0.65λ0。
進(jìn)一步的，所述矩形金屬縫隙4與正方形金屬縫隙3之間寬度為w2，，w2取值在0.0025λ0～0.01λ0，一條直線上的兩個正方形金屬縫隙3內(nèi)側(cè)豎線之間的距離是a，a取值在0～0.18λ0之間；所述中心豎線或中心橫線的寬度是w1，w1取值在0.0025λ0～0.01λ0，一條直線上的兩個正方形金屬縫隙3外側(cè)豎線之間的距離是d1，d1取值在0.15λ0～0.19λ0。
進(jìn)一步的，所述全金屬超材料透鏡由K種陣列單元構(gòu)成，K種陣列單元的金屬層1具有不同的縫隙長度，在1.590GHz時的移相量依次相差約360/K度；所述K種陣列單元都包括一條直線上的兩個正方形金屬縫隙3內(nèi)側(cè)豎線之間的距離a，但a的取值不同,其中K取值為2，3，4……；
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