專利名稱：基于超材料的波導裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電磁波傳播，更具體地說，涉及一種波導裝置。
背景技術：
波導是電磁波傳播的一種重要方式，實際中，是指一種可讓電磁波進行高效傳播的波導管。在某些應用場合，為了縮小波導管的尺寸，人們經(jīng)常在波導管內填充介質。但是波導管內填充介質后，由于空氣與填充介質的阻抗不同(也即阻抗不匹配)，從而導致在空氣中傳播的電磁波遇到填充介質時，會在填充介質表面上發(fā)生反射，不僅影響傳播效率，而且反射波會對原波形成干擾，嚴重時還可損壞發(fā)射源。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對以上所述的技術問題，提供一種基于超材料的波導裝置。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種基于超材料的波導裝置，包括波導管及設置于所述波導管內而將所述波導管的內部空間分隔為兩段的分隔片，所述分隔片由超材料制成，所述超材料的阻抗等于或接近于空氣的阻抗。優(yōu)選地，所述分隔片傾斜放置。優(yōu)選地，所述分隔片放置于與所述波導管的中心軸的方向形成一小于90度的夾角的位置。優(yōu)選地，所述分隔片垂直放置。優(yōu)選地，所述分隔片放置于與所述波導管的中心軸的方向垂直的位置。優(yōu)選地，所述超材料包括介質基板和附著于所述介質基板的多個人工微結構。優(yōu)選地，所述波導管內于所述分隔片的一側填充水，以吸收傳過所述分隔片的電磁波。優(yōu)選地，所述波導管為金屬管。優(yōu)選地，所述介質基板由聚四氟乙烯或陶瓷制成。優(yōu)選地，所述人工微結構是由金屬線構成的具有一定拓撲形狀的平面或立體結構。本發(fā)明基于超材料的波導裝置具有以下有益效果所述波導管內設置了由超材料制成的分隔片，可讓分隔片的阻抗等于或接近于空氣的阻抗，則當電磁波從空氣入射所述基于超材料的分隔片時，反射小、透射多，減小了對來波的干擾，更不會由于反射而損壞發(fā)射源。
下面將結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。圖I是本發(fā)明的基于超材料的波導裝置的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的用于制造分隔片的超材料的平面示意圖。
圖中各標號對應的名稱為9波導裝置、10波導管、20分隔片、22超材料、24介質基板、26人工微結構、28超材
料單元
具體實施例方式如圖I所示，為本發(fā)明提供的基于超材料的波導裝置9，其包括空心的波導管10及置于所述波導管10內而將所述波導管10的內部空間分隔為兩段的分隔片20。一般，所述波導管10為金屬管；而所述波導管10內于所述分隔片20兩側填充的介質是不一樣的。在本實施例中，所述波導管10內于所述分隔片20的一側填充空氣，而于所述分隔片20的另一側填充水，以作為吸波負載。圖I中所示的分隔片20為傾斜放置，也即與所述波導管10 的中心軸A-A的方向形成一小于90度的夾角，這樣，可增加填充介質與所述分隔片20的接觸面積，讓電磁波可以在較大的面積上傳播，提高傳播效率。事實上，所述分隔片20也可以垂直放置，如垂直于圖I中的所述波導管10的中心軸A-A的方向。所述波導管10內于所述分隔片20兩側填充的介質不同，并由此引起電磁波反射， 主要是由于兩者的阻抗不同。我們知道，超材料是一種在介質基板上周期性地排列具有一定幾何形狀的人工微結構如金屬微結構來形成的人工復合材料。人們可以利用人工微結構的幾何形狀和尺寸以及排布方式來改變超材料空間各點的相對介電常數(shù)和/或相對磁導率，使其產生預期的電
磁響應，以控制電磁波的傳播。而阻抗的公式為Z= ，其中μ為相對磁導率，ε為
相對磁導率。可見，我們可以用超材料來做所述分隔片20，使其阻抗等于或接近于空氣的阻抗，這樣，即可讓電磁波在所述分隔片20內傳播像在空氣中傳播一樣,反射小、透射多。如圖2所示，所述分隔片20包括超材料22。所述超材料22包括介質基板24和附著在介質基板24上的多個人工微結構26。一般,將每個人工微結構26及其所附著的介質基板24部分人為定義為一個超材料單元28，且每個超材料單元28的尺寸介于所需響應的電磁波波長的五分之一到十分之一之間，而所述人工微結構26的幾何尺寸應與所述超材料單元28的幾何尺寸屬于同一數(shù)量級。所述介質基板24可由聚四氟乙烯等高分子聚合物或陶瓷材料制成。每個人工微結構26通常是由金屬線構成的具有一定拓撲形狀的平面或立體結構，并通過一定的加工工藝附著在所述介質基板24上，例如蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、 電子刻、離子刻等，而金屬線的截面可以為扁平狀或其他任意形狀，如圓柱狀。圖2中所示的人工微結構26是由具有扁平狀截面的金屬線構成的平面結構，并呈周期性分布。為了降低電磁波在入射所述超材料22時的反射，就要讓所述超材料22的阻抗接近于或等于空氣的阻抗，也即，與空氣的阻抗相匹配。我們知道，空氣的相對介電常數(shù)ε和相對磁導率μ均略大于1，實際中常常近似取值為1，故由阻抗公式可得，空氣的阻抗Z近似為I。對于所述超材料22來說，鑒于空間各點也即各個超材料單元28的相對介電常數(shù) ε和相對磁導率μ的易改變性，本實施例中，我們采用大致呈雪花狀的人工微結構26并通過調節(jié)每個超材料單元28的人工微結構26的幾何尺寸，以使各個超材料單元28的相對介電常數(shù)ε和相對磁導率μ基本相等，具體地，我們可讓各個超材料單元28的相對介電常數(shù)ε和相對磁導率μ均等于或接近于1，以使所述超材料22的阻抗等于或接近于空氣的阻抗。由上可知，由于相對介電常數(shù)ε較低，我們稱所述超材料22為低介電常數(shù)超材料。以上調節(jié)過程，我們可利用電腦仿真軟件如CST來完成，而如呈雪花狀的人工微結構26的幾何尺寸的調節(jié)包括各條線的寬度及長短尺寸等，直至得到所述超材料22的阻抗等于或接近于空氣的阻抗，也即，所述超材料22的阻抗與空氣的阻抗相匹配，形成“固態(tài)空氣”，這樣，電磁波從空氣入射所述由超材料22制成的分隔片20時反射小，而且由于電磁波在所述基于超材料的分隔片20中傳播像在空氣中傳播一樣,損耗小、傳輸效率高,透波率高。這樣，由發(fā)射源(圖未示)發(fā)出的電磁波傳入所述波導管10內并到達所述基于超材料的分隔片20時，反射少、透射多地穿過所述分隔片20并傳播至水中，且電磁波的能量全部被水吸收并轉化為熱，而熱則可通過所述波導管10中的冷熱水交換的方式帶走，不會對原波形成干擾，更不可能損壞發(fā)射源。此外，所述分隔片20也可是由多層所述超材料22疊加而成。以上所述僅是本發(fā)明的若干具體實施方式
和/或實施例，不應當構成對本發(fā)明的限制。對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明基本思想的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，而這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于超材料的波導裝置，包括波導管及設置于所述波導管內而將所述波導管的內部空間分隔為兩段的分隔片，其特征在于，所述分隔片由超材料制成，所述超材料的阻抗等于或接近于空氣的阻抗。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于超材料的波導裝置，其特征在于，所述分隔片傾斜放置。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于超材料的波導裝置，其特征在于，所述分隔片放置于與所述波導管的中心軸的方向形成一小于90度的夾角的位置。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于超材料的波導裝置，其特征在于，所述分隔片垂直放置。
5.根據(jù)權利要求2所述的基于超材料的波導裝置，其特征在于，所述分隔片放置于與所述波導管的中心軸的方向垂直的位置。
6.根據(jù)權利要求I所述的基于超材料的波導裝置，其特征在于，所述超材料包括介質基板和附著于所述介質基板的多個人工微結構。
7.根據(jù)權利要求I所述的基于超材料的波導裝置，其特征在于，所述波導管內于所述分隔片的一側填充水，以吸收傳過所述分隔片的電磁波。
8.根據(jù)權利要求I所述的基于超材料的波導裝置，其特征在于，所述波導管為金屬管。
9.根據(jù)權利要求I所述的基于超材料的波導裝置，其特征在于，所述介質基板由聚四氟乙烯或陶瓷制成。
10.根據(jù)權利要求I所述的基于超材料的波導裝置，其特征在于，所述人工微結構是由金屬線構成的具有一定拓撲形狀的平面或立體結構。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于超材料的波導裝置，包括波導管及設置于所述波導管內而將所述波導管的內部空間分隔為兩段的分隔片，所述分隔片由超材料制成，所述超材料的阻抗等于或接近于空氣的阻抗，這樣，當電磁波從空氣入射所述基于超材料的分隔片時，反射小、透射多，減小了對來波的干擾，更不會由于反射而損壞發(fā)射源。
文檔編號H01P3/00GK102593563SQ20121005045
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權日2012年2月29日
發(fā)明者劉若鵬, 周添, 方小偉, 李星昆, 楊樹坤, 趙治亞 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司