[發(fā)明專利]一種小型化低電壓超材料慢波結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111434243.2
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114142240B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐先鋒;張健穹;王慶峰;李相強
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01P3/12
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李夢蝶

本發(fā)明公開了一種小型化低電壓超材料慢波結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法，通過空心波導(dǎo)與由梳齒狀互補電諧振單元構(gòu)成的一維周期序列，一維周期序列排布在空心波導(dǎo)內(nèi)部中央，從而形成超材料慢波結(jié)構(gòu)；并通過增加梳齒狀互補電諧振單元中梳齒數(shù)量提高諧振單元的諧振長度，從而降低在相同空波導(dǎo)尺寸下諧振頻率，以及超材料輻射源工作電壓，得到一種小型化低電壓超材料慢波結(jié)構(gòu)；本發(fā)明進一步解決了當(dāng)前超材料微波源的慢波結(jié)構(gòu)尺寸難以進一步降低和工作電壓高的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，具體涉及一種小型化低電壓超材料慢波結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

隨著人工智能的迅速發(fā)展，一種新型的作戰(zhàn)方式即無人機蜂群作戰(zhàn)日益受到關(guān)注。攔截?zé)o人機主要有三種常用手段：其一利用導(dǎo)彈、高炮等進行攔截；其二利用電子對抗進行探測干擾；其三是利用激光、高功率微波進行毀傷。這其中高功率微波武器具備作戰(zhàn)速度快、攻擊范圍廣等特點，受到了越來越多的關(guān)注和重視。超材料高功率微波源可作為高功率微波武器的源，隨著它向小型化和集成化發(fā)展，有利于降低高功率微波武器整體的重量和體積，從而更能靈活應(yīng)對未來日益復(fù)雜的戰(zhàn)爭形勢等。

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，超材料的亞波長特性使之具有小型化特點；超材料的高耦合阻抗特性使之具有高功率的優(yōu)勢。目前超材料輻射源(微波源、毫米波源等)的主要問題在于：

1)其核心部件超材料慢波結(jié)構(gòu)雖然有小型化特征，但其橫向尺寸目前多在λ/7附近，其中，λ為工作頻點對應(yīng)的自由空間波長，缺乏有效的方法進一步減小該尺寸；

2)工作電壓較高，一般為百千伏量級及以上，導(dǎo)致電子源的龐大。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，以解決現(xiàn)有超材料微波源的慢波結(jié)構(gòu)尺寸難以進一步降低，且工作電壓高的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種小型化低電壓超材料慢波結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一方面，一種小型化低電壓超材料慢波結(jié)構(gòu)，包括：空心波導(dǎo)與由梳齒狀互補電諧振單元構(gòu)成的一維周期序列；所述一維周期序列排布在所述空心波導(dǎo)內(nèi)部中央。

優(yōu)選地，一維周期序列包括不少于一個的梳齒狀互補電諧振單元。

優(yōu)選地，梳齒狀互補電諧振單元具體為：

包含兩個對稱排布的E字形最小梳齒狀互補電諧振單元。

優(yōu)選地，E字形最小梳齒狀互補電諧振單元中不少于一個梳齒。

優(yōu)選地，一維周期序列由梳齒狀互補電諧振單元，通過單元間無間隙且不重疊的方式沿坐標(biāo)系中任一方向排布形成。

優(yōu)選地，梳齒狀互補電諧振單元采用金屬材質(zhì)。

另一方面，一種小型化低電壓超材料慢波結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，具體包括以下步驟：

S1、在相同空波導(dǎo)尺寸下，獲取對稱型梳齒狀互補電諧振單元的諧振頻率，諧振頻率計算式表示為：

其中，f_res為對稱型梳齒狀互補電諧振單元的諧振頻率；l_res為對稱型梳齒狀互補電諧振單元的諧振長度；c為真空中的光速；

S2、根據(jù)對稱型梳齒狀互補電諧振單元的諧振頻率計算梳齒的數(shù)量；

S3、利用機械加工結(jié)合梳齒的數(shù)量，得到小型化低電壓超材料慢波結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明具有以下有益效果：