專利名稱：基于超材料的波導(dǎo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁波傳播，更具體地說，涉及一種波導(dǎo)裝置。
背景技術(shù)：
波導(dǎo)是電磁波傳播的一種重要方式，實(shí)際中，是指一種可讓電磁波進(jìn)行高效傳播的波導(dǎo)管。在某些應(yīng)用場合，為了縮小波導(dǎo)管的尺寸，人們經(jīng)常在波導(dǎo)管內(nèi)填充介質(zhì)。但是波導(dǎo)管內(nèi)填充介質(zhì)后，由于空氣與填充介質(zhì)的阻抗不同(也即阻抗不匹配)，從而導(dǎo)致在空氣中傳播的電磁波遇到填充介質(zhì)時(shí)，會在填充介質(zhì)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(yán)重時(shí)還可損壞發(fā)射源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上所述的技術(shù)問題，提供一種基于超材料的波導(dǎo)裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于超材料的波導(dǎo)裝置，包括波導(dǎo)管及設(shè)置于所述波導(dǎo)管內(nèi)而將所述波導(dǎo)管的內(nèi)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(dǎo)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(dǎo)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(zhì)基板和附著于所述介質(zhì)基板的多個(gè)人工微結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述波導(dǎo)管內(nèi)于所述分隔片的一側(cè)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(dǎo)管為金屬管。優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板由聚四氟乙烯或陶瓷制成。優(yōu)選地，所述人工微結(jié)構(gòu)是由金屬線構(gòu)成的具有一定拓?fù)湫螤畹钠矫婊蛄Ⅲw結(jié)構(gòu)。本發(fā)明基于超材料的波導(dǎo)裝置具有以下有益效果所述波導(dǎo)管內(nèi)設(shè)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(dāng)電磁波從空氣入射所述基于超材料的分隔片時(shí)，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(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明的基于超材料的波導(dǎo)裝置的結(jié)構(gòu)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(biāo)號對應(yīng)的名稱為9波導(dǎo)裝置、10波導(dǎo)管、20分隔片、22超材料、24介質(zhì)基板、26人工微結(jié)構(gòu)、28超材
料單元
具體實(shí)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(dǎo)裝置9，其包括空心的波導(dǎo)管10及置于所述波導(dǎo)管10內(nèi)而將所述波導(dǎo)管10的內(nèi)部空間分隔為兩段的分隔片20。一般，所述波導(dǎo)管10為金屬管；而所述波導(dǎo)管10內(nèi)于所述分隔片20兩側(cè)填充的介質(zhì)是不一樣的。在本實(shí)施例中，所述波導(dǎo)管10內(nèi)于所述分隔片20的一側(cè)填充空氣，而于所述分隔片20的另一側(cè)填充水，以作為吸波負(fù)載。圖I中所示的分隔片20為傾斜放置，也即與所述波導(dǎo)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(zhì)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(shí)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(dǎo)管10的中心軸A-A的方向。所述波導(dǎo)管10內(nèi)于所述分隔片20兩側(cè)填充的介質(zhì)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(zhì)基板上周期性地排列具有一定幾何形狀的人工微結(jié)構(gòu)如金屬微結(jié)構(gòu)來形成的人工復(fù)合材料。人們可以利用人工微結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸以及排布方式來改變超材料空間各點(diǎn)的相對介電常數(shù)和/或相對磁導(dǎo)率，使其產(chǎn)生預(yù)期的電
磁響應(yīng)，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(dǎo)率，ε為
相對磁導(dǎo)率?？梢?，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(nèi)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(zhì)基板24和附著在介質(zhì)基板24上的多個(gè)人工微結(jié)構(gòu)26。一般,將每個(gè)人工微結(jié)構(gòu)26及其所附著的介質(zhì)基板24部分人為定義為一個(gè)超材料單元28，且每個(gè)超材料單元28的尺寸介于所需響應(yīng)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(jié)構(gòu)26的幾何尺寸應(yīng)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(zhì)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(gè)人工微結(jié)構(gòu)26通常是由金屬線構(gòu)成的具有一定拓?fù)湫螤畹钠矫婊蛄Ⅲw結(jié)構(gòu)，并通過一定的加工工藝附著在所述介質(zhì)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(jié)構(gòu)26是由具有扁平狀截面的金屬線構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)，并呈周期性分布。為了降低電磁波在入射所述超材料22時(shí)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(dǎo)率μ均略大于1，實(shí)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(diǎn)也即各個(gè)超材料單元28的相對介電常數(shù) ε和相對磁導(dǎo)率μ的易改變性，本實(shí)施例中，我們采用大致呈雪花狀的人工微結(jié)構(gòu)26并通過調(diào)節(jié)每個(gè)超材料單元28的人工微結(jié)構(gòu)26的幾何尺寸，以使各個(gè)超材料單元28的相對介電常數(shù)ε和相對磁導(dǎo)率μ基本相等，具體地，我們可讓各個(gè)超材料單元28的相對介電常數(shù)ε和相對磁導(dǎo)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(diào)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(jié)構(gòu)26的幾何尺寸的調(diào)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(shí)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(dǎo)管10內(nèi)并到達(dá)所述基于超材料的分隔片20時(shí)，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(zhuǎn)化為熱，而熱則可通過所述波導(dǎo)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(shí)施方式
和/或?qū)嵤├?，不?yīng)當(dāng)構(gòu)成對本發(fā)明的限制。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)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(jìn)和潤飾，而這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于超材料的波導(dǎo)裝置，包括波導(dǎo)管及設(shè)置于所述波導(dǎo)管內(nèi)而將所述波導(dǎo)管的內(nèi)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(quán)利要求I所述的基于超材料的波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述分隔片傾斜放置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超材料的波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述分隔片放置于與所述波導(dǎo)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(quán)利要求I所述的基于超材料的波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述分隔片垂直放置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超材料的波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述分隔片放置于與所述波導(dǎo)管的中心軸的方向垂直的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超材料的波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述超材料包括介質(zhì)基板和附著于所述介質(zhì)基板的多個(gè)人工微結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超材料的波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述波導(dǎo)管內(nèi)于所述分隔片的一側(cè)填充水，以吸收傳過所述分隔片的電磁波。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超材料的波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述波導(dǎo)管為金屬管。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超材料的波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述介質(zhì)基板由聚四氟乙烯或陶瓷制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超材料的波導(dǎo)裝置，其特征在于，所述人工微結(jié)構(gòu)是由金屬線構(gòu)成的具有一定拓?fù)湫螤畹钠矫婊蛄Ⅲw結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于超材料的波導(dǎo)裝置，包括波導(dǎo)管及設(shè)置于所述波導(dǎo)管內(nèi)而將所述波導(dǎo)管的內(nèi)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(dāng)電磁波從空氣入射所述基于超材料的分隔片時(shí)，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(quán)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(shù)有限公司