專利名稱：一種有源波束掃描超材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超材料領(lǐng)域，具體地涉及ー種有源波束掃描超材料。
背景技術(shù)：
波束掃描在通信和雷達(dá)領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。基本上實(shí)現(xiàn)波束掃描分為機(jī)械和非機(jī)械兩種方式。機(jī)械式是指使用復(fù)雜的伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)天線ロ面的方位變化。而非機(jī)械式通常指相控陣，即有很多單元，每個單元都向外輻射，這些輻射疊加成一個很窄的波束。改變每個単元的相對相位(通過每個単元加移相器實(shí)現(xiàn))，可以改變疊加成的波束的方向。現(xiàn)有的相控陣技術(shù)所使用的移相器成本高昂，不利于在天線和雷達(dá)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種有源波束掃描超材料，該超材料結(jié)構(gòu)簡單,并且成本低廉。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的方案是一種有源波束掃描超材料，所超材料包括基材以及附著在基材上的多個金屬微結(jié)構(gòu)，所述的每一金屬微結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有半導(dǎo)體元件，所述有源波束掃描超材料為每個金屬微結(jié)構(gòu)預(yù)留有外部接ロ，外部的電壓信號可通過所述外部接ロ加載在所述每個半導(dǎo)體元件上。進(jìn)ー步地，所述外部的電壓信號通過導(dǎo)線傳輸加載到所述每個半導(dǎo)體元件上，所述導(dǎo)線穿過所述的外部接ロ。進(jìn)ー步地，所述外部的電壓信號分一路或多路加載在每個金屬微結(jié)構(gòu)上。進(jìn)ー步地,所述半導(dǎo)體元件為電阻、電感或電容。進(jìn)ー步地，所述半導(dǎo)體元件貼附在金屬微結(jié)構(gòu)上。進(jìn)ー步地，所述半導(dǎo)體元件為貼附在金屬微結(jié)構(gòu)上的貼片式可變電容。進(jìn)ー步地，所述基材由多個相互平行的片狀基板堆疊形成，每個片狀基板上均附著有多個金屬微結(jié)構(gòu)。進(jìn)ー步地，所述片狀基板由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂或聚四氟こ烯制得。進(jìn)ー步地，所述每ー金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線。進(jìn)ー步地，所述金屬微結(jié)構(gòu)為單開ロ矩形環(huán)，所述半導(dǎo)體元件貼附在所述單開ロ矩形環(huán)的開ロ處并連接開ロ的兩端。根據(jù)本發(fā)明的有源波束掃描超材料，通過外部電壓信號加載在金屬微結(jié)構(gòu)上的半導(dǎo)體元件，使得半導(dǎo)體元件的電子特性發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)每個金屬微結(jié)構(gòu)對電場響應(yīng)的可調(diào)，電磁波通過每個金屬微結(jié)構(gòu)単元(此單元包括金屬微結(jié)構(gòu)、金屬微結(jié)構(gòu)上的半導(dǎo)體元件)就會產(chǎn)生不同的相移，則超材料中的每個金屬微結(jié)構(gòu)単元都可以看作是ー個電控的移相器。通過設(shè)計(jì)每個移相器的相移量，則可以達(dá)到相控陣的效果。相對于現(xiàn)有的相控陣技木，結(jié)構(gòu)簡單且成本低廉，易于產(chǎn)業(yè)化。


圖I所示為本發(fā)明中ー個金屬微結(jié)構(gòu)単元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所提供的有源波束掃描超材料結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式“超材料"是指ー些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能?！俺牧?重要的三個重要特征(I) “超材料"通常是具有新奇人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；
(2) “超材料"具有超常的物理性質(zhì)(往往是自然界的材料中所不具備的)；(3) “超材料"性質(zhì)由構(gòu)成材料的本征性質(zhì)及其中的人造微結(jié)構(gòu)共同決定。如圖3至4所示，根據(jù)本發(fā)明的有源波束掃描超材料，包括基材I以及附著在基材I上的多個金屬微結(jié)構(gòu)2，所述的每一金屬微結(jié)構(gòu)2上均設(shè)置有半導(dǎo)體元件3，所述有源波束掃描超材料為每個金屬微結(jié)構(gòu)2預(yù)留有外部接ロ，外部的電壓信號可通過所述外部接ロ加載在所述每個半導(dǎo)體元件3上。本實(shí)施例中，所述外部的電壓信號通過導(dǎo)線4傳輸加載到所述每個半導(dǎo)體元件3上，所述導(dǎo)線4穿過所述的外部接ロ。所述外部的電壓信號分一路或多路加載在每個金屬微結(jié)構(gòu)2的半導(dǎo)體元件3上。優(yōu)選地，所述外部的電壓信號分多路加載在每個半導(dǎo)體元件3上。此處，將每個金屬微結(jié)構(gòu)2與其相應(yīng)的半導(dǎo)體元件3合稱為金屬微結(jié)構(gòu)単元。外部的電壓信號通過外部接ロ加載到金屬微結(jié)構(gòu)上的半導(dǎo)體元件3后，改變了半導(dǎo)體元件的電子特性(如電阻值、電感值和電容值一種或者其組合)，實(shí)現(xiàn)每個金屬微結(jié)構(gòu)2對電場響應(yīng)的可調(diào)，電磁波通過每個金屬微結(jié)構(gòu)単元就會產(chǎn)生不同的相移，則超材料中的每個金屬微結(jié)構(gòu)單元都可以看作是ー個電控的移相器。通過設(shè)計(jì)每個移相器的相移量，則可以達(dá)到相控陣的效果。相對于現(xiàn)有的相控陣技術(shù)(現(xiàn)有的相控陣技術(shù)需要多個移相器，每個移相器價格高昂)，成本大大降低，易于產(chǎn)業(yè)化。本發(fā)明中的所述半導(dǎo)體元件3可以貼附在金屬微結(jié)構(gòu)2上，也可以嵌入金屬微結(jié)構(gòu)2中。作為本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述基材I由多個相互平行的片狀基板11堆疊形成，每個片狀基板11上均附著有多個金屬微結(jié)構(gòu)2。實(shí)際做產(chǎn)品的時候，還可以對其進(jìn)行封裝，使得從外部看不到金屬微結(jié)構(gòu)，封裝的材料與基材相同。本發(fā)明的所述片狀基板11可以由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂或聚四氟こ烯制得。作為ー個實(shí)施例，選用聚四氟こ烯來制成片狀基板。聚四氟こ烯的電絕緣性非常好，因此不會對電磁波的電場產(chǎn)生干擾，并且具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性，使用壽命長，作為金屬微結(jié)構(gòu)附著的基材是很好的選擇。本實(shí)施例中，所述的每個金屬微結(jié)構(gòu)2為ー具有圖案的附著在片狀基板11上的金屬線。作為ー個實(shí)施例，所述金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板11上。當(dāng)然，也可以是三維激光加工等其它可行的加工方法。
作為ー個實(shí)施例，所述金屬線為銅線或銀線。銅與銀的導(dǎo)電性能好，對電場的響應(yīng)更加靈敏。圖I所示為本發(fā)明中金屬微結(jié)構(gòu)的ー個優(yōu)選實(shí)施例，所述金屬微結(jié)構(gòu)2為單開ロ矩形環(huán)，所述半導(dǎo)體元件3，貼附在所述單開ロ矩形環(huán)的開ロ處并連接開ロ的兩端，上述的半導(dǎo)休元件3為電阻、電感或電容中的ー種或其組合。優(yōu)先選地所述半導(dǎo)體元件3為貼附在金屬微結(jié)構(gòu)上的貼片式可變電容，加載在貼片式可變電容兩端的電壓信號的大小不一樣，電容值會跟著發(fā)生改變。電容值的改變，則改變了與貼片式可變電容相對應(yīng)的那ー金屬微結(jié)構(gòu)所處位置的電磁參數(shù)(電容改變對應(yīng)的是介電常數(shù)的改變)，通過調(diào)節(jié)多路電壓信號可以對所有的金屬微結(jié)構(gòu)所處位置的電磁參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了電磁波不同處相對的相移量，進(jìn)而達(dá)到相控陣的效果。圖2是圖I所示的金屬微結(jié)構(gòu)単元在片狀基板11上的的排布圖，應(yīng)當(dāng)理解的是，這只是ー個示意，金屬微結(jié)構(gòu)2的形狀、數(shù)量以及空間排布并不限于此。其中，垂直于紙面 的方向即為片狀基板的堆疊方向。另外圖4中，為了方便畫圖，省略了導(dǎo)線4。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗g和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有源波束掃描超材料，所述超材料包括基材以及附著在基材上的多個金屬微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的每一金屬微結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有半導(dǎo)體元件，所述有源波束掃描超材料為每個金屬微結(jié)構(gòu)預(yù)留有外部接口，外部的電壓信號可通過所述外部接口加載在所述每個半導(dǎo)體元件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有源波束掃描超材料，其特征在于，所述外部的電壓信號通過導(dǎo)線傳輸加載到所述每個半導(dǎo)體元件上，所述導(dǎo)線穿過所述的外部接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源波束掃描超材料，其特征在于，所述外部的電壓信號分一路或多路加載在每個金屬微結(jié)構(gòu)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述的有源波束掃描超材料，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件為電阻、電感或電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述的有源波束掃描超材料，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件貼附在金屬微結(jié)構(gòu)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源波束掃描超材料，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件為貼附在金屬微結(jié)構(gòu)上的貼片式可變電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有源波束掃描超材料，其特征在于，所述基材由多個相互平行的片狀基板堆疊形成，每個片狀基板上均附著有多個金屬微結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有源波束掃描超材料，其特征在于，所述片狀基板由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯制得。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有源波束掃描超材料，其特征在于，所述每一金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的有源波束掃描超材料，其特征在于，所述金屬微結(jié)構(gòu)為單開口矩形環(huán)，所述半導(dǎo)體元件貼附在所述單開口矩形環(huán)的開口處并連接開口的兩端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有源波束掃描超材料，所述超材料包括基材以及附著在基材上的多個金屬微結(jié)構(gòu)，所述的每一金屬微結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有半導(dǎo)體元件，所述有源波束掃描超材料為每個金屬微結(jié)構(gòu)預(yù)留有外部接口，外部的電壓信號可通過所述外部接口加載在所述每個半導(dǎo)體元件上。根據(jù)本發(fā)明的有源波束掃描超材料，通過外部電壓信號加載在金屬微結(jié)構(gòu)上的半導(dǎo)體元件，使得半導(dǎo)體元件的電子特性發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)每個金屬微結(jié)構(gòu)對電場響應(yīng)的可調(diào)，電磁波通過每個金屬微結(jié)構(gòu)單元就會產(chǎn)生不同的相移，則超材料中的每個金屬微結(jié)構(gòu)單元都可以看作是一個電控的移相器。通過設(shè)計(jì)每個移相器的相移量，則可以達(dá)到相控陣的效果。
文檔編號H01Q3/44GK102683831SQ20111006072
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者劉若鵬, 張洋洋, 徐冠雄 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院