實現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換的超材料和極化器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換的超材料，該超材料包括至少一層曲折線結(jié)構(gòu)層，該至少一層曲折線結(jié)構(gòu)層中的每一層包括基板、以及位于該基板上的曲折線結(jié)構(gòu)，該曲折線結(jié)構(gòu)包括至少一條曲折線，每一條曲折線由多條線段構(gòu)成，該多條線段中的至少兩條線段的長度或?qū)挾仁遣煌?。本發(fā)明還提供了一種由該超材料構(gòu)成的極化器。
【專利說明】實現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換的超材料和極化器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超材料，尤其涉及一種實現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換的超材料和極化器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在雷達(dá)、通信、航空航天及遙控遙測等領(lǐng)域，目標(biāo)的反射特性、電磁波的傳播以及 信號的接收性能均與波的極化形式有關(guān)。因此，極化信息在目標(biāo)檢測、增強(qiáng)、濾波及識別中 有著巨大應(yīng)用潛力。另外，雷達(dá)極化對抗是利用天線和電磁波的極化特性進(jìn)行干擾和抗干 擾的技術(shù)。由于極化特征有助于對抗干擾波的干擾和對極化隱身目標(biāo)進(jìn)行識別，隨著現(xiàn)代 戰(zhàn)爭對通信和電子對抗的重視的升級，極化技術(shù)作為一項重要的干擾、抗干擾技術(shù)也成為 了軍事科研領(lǐng)域的一個研究熱點。
[0003] 因此，為適應(yīng)現(xiàn)代信息密集多變的特點，一幅天線僅具有一種極化已不適應(yīng)現(xiàn)代 通信系統(tǒng)的要求。對天線的快速的極化轉(zhuǎn)換的要求日益迫切。極化器或極化轉(zhuǎn)換器正是一 種用來實現(xiàn)線極化與圓極化、垂直極化與水平極化等極化形式轉(zhuǎn)換的器件。極化轉(zhuǎn)換主要 關(guān)注以下幾個方面的指標(biāo)：
[0004] 1)高性能，即轉(zhuǎn)換后的極化波應(yīng)具有較高的極化隔離度，接近所需要的極化狀 態(tài)；
[0005] 2)低損耗，即具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率；以及
[0006] 3)小尺寸，即占用盡可能小的空間。
[0007] 超材料由介質(zhì)基板和設(shè)置在基板上的人造微結(jié)構(gòu)組成，可以提供各種普通材料不 具有的特性。人造微結(jié)構(gòu)在大小1/5到1/10個波長的尺度下，對外加電場和磁場具有電響 應(yīng)和磁響應(yīng)，從而表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率。而且，人造微結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和 等效磁導(dǎo)率可通過設(shè)計人造微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)來人為地控制。這為實現(xiàn)達(dá)成上述目標(biāo) 的極化轉(zhuǎn)換提供了可能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種超材料和極化器，以更低成本和更小尺寸 實現(xiàn)更高轉(zhuǎn)換性能和轉(zhuǎn)換效率的極化器。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種實現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換的超材料，包括：至少一層曲折線 結(jié)構(gòu)層，該至少一層曲折線結(jié)構(gòu)層中的每一層包括基板、以及位于該基板上的曲折線結(jié)構(gòu)， 該曲折線結(jié)構(gòu)包括至少一條曲折線，每一條曲折線由多條線段構(gòu)成，該多條線段中的至少 兩條線段的長度或?qū)挾仁遣煌摹?br> [0010] 在一實例中，該超材料包括多層曲折線結(jié)構(gòu)層，峨鄰的兩層曲折線結(jié)構(gòu)層上的曲 折線結(jié)構(gòu)之間的間距小于入射電磁波的四分之一波長。
[0011] 在一實例中，構(gòu)成每一條曲折線的該多條線段當(dāng)中與該曲折線的延伸方向平行的 方向上的諸線段具有第一長度和第一寬度，與該曲折線的延伸方向垂直的方向上的諸線段 具有第二長度和第二寬度，該第一長度不等于該第二長度并且該第一寬度不等于該第二寬 度。
[0012] 在一實例中，構(gòu)成每一條曲折線的該多條線段中的任意兩條鄰接的線段之間以任 意角度定位。
[0013] 在一實例中，每一條曲折線由多條線段以"幾"字型連接而成。
[0014] 在一實例中，該曲折線結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電材料制成。
[0015] 在一實例中，該曲折線結(jié)構(gòu)通過蝕亥IJ、電鍍、雕亥IJ、蒸鍍、濺射、絲印、鉆亥IJ、光亥IJ、電 子刻或離子刻工藝附著在該基板上。
[0016] 在一實例中，該基板的材質(zhì)為復(fù)合材料。該復(fù)合材料為熱固或者熱塑性材料。該 復(fù)合材料為包括纖維、泡沫和/或蜂窩的一層或者多層結(jié)構(gòu)。
[0017] 在一實例中，該復(fù)合材料含有增強(qiáng)材料，該增強(qiáng)材料為纖維、織物、或者粒子中的 至少一種。
[0018] 在一實例中，該超材料包括多層曲折線結(jié)構(gòu)層，其中每兩層該曲折線結(jié)構(gòu)層之間 對齊層疊。
[0019] 在一實例中，該多層曲折線結(jié)構(gòu)層相互之間通過熱壓工藝層疊在一起。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，還提供了 一種由上述超材料構(gòu)成的極化器。
[0021] 上述方案中的極化器用于飛行器、機(jī)動車或船的天線上。
[0022] 相比于傳統(tǒng)超材料構(gòu)成的極化器，通過本發(fā)明的超材料構(gòu)成的極化器具有較低的 剖面尺寸，同時能夠?qū)崿F(xiàn)更高的極化轉(zhuǎn)換效率和性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的 上述特征和優(yōu)點。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征 的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。
[0024] 圖1是示出了現(xiàn)有技術(shù)的實現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換的超材料的立體圖。
[0025] 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的超材料的一層曲折線結(jié)構(gòu)層的俯視圖。
[0026] 圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的超材料的立體圖。
[0027] 圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的曲折線的示意圖。
[0028] 圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的曲折線的示意圖。
[0029] 圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的超材料的透波性能仿真結(jié)果的示意圖。
[0030] 圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的超材料的軸比仿真結(jié)果的示意圖。

【具體實施方式】
[0031] 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。注意，以下結(jié)合附圖和具體實 施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應(yīng)被理解為對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。
[0032] 電磁波的極化是指在給定的空間點或面上，電磁波的場矢量的大小和取向隨時間 變化的特性。通常采用電場矢量E的矢端隨時間變化的軌跡來描述電磁波的極化。三維空 間中，沿Z軸方向傳播的電磁波，瞬時電場可寫為：
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種實現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換的超材料，包括： 至少一層曲折線結(jié)構(gòu)層，所述至少一層曲折線結(jié)構(gòu)層中的每一層包括基板、W及位于 所述基板上的曲折線結(jié)構(gòu)，所述曲折線結(jié)構(gòu)包括至少一條曲折線，每一條曲折線由多條線 段構(gòu)成，所述多條線段中的至少兩條線段的長度或?qū)挾仁遣煌摹?br> 2. 如權(quán)利要求1所述的超材料，其特征在于，所述超材料包括多層曲折線結(jié)構(gòu)層，她鄰 的兩層曲折線結(jié)構(gòu)層上的曲折線結(jié)構(gòu)之間的間距小于入射電磁波的四分之一波長。
3. 如權(quán)利要求1所述的超材料，其特征在于，構(gòu)成每一條曲折線的所述多條線段當(dāng)中 與所述曲折線的延伸方向平行的方向上的諸線段具有第一長度和第一寬度，與所述曲折線 的延伸方向垂直的方向上的諸線段具有第二長度和第二寬度，所述第一長度不等于所述第 二長度并且所述第一寬度不等于所述第二寬度。
4. 如權(quán)利要求1所述的超材料，其特征在于，構(gòu)成每一條曲折線的所述多條線段中的 任意兩條鄰接的線段之間W任意角度定位。
5. 如權(quán)利要求1所述的超材料，其特征在于，每一條曲折線由多條線段幾"字型連 接而成。
6. 如權(quán)利要求1所述的超材料，其特征在于，所述曲折線結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電材料制成。
7. 如權(quán)利要求6所述的超材料，其特征在于，所述曲折線結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍛、雕刻、蒸 鍛、姍射、絲印、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻工藝附著在所述基板上。
8. 如權(quán)利要求7所述的超材料，其特征在于，所述基板的材質(zhì)為復(fù)合材料。
9. 如權(quán)利要求8所述的超材料，其特征在于，所述復(fù)合材料為熱固或者熱塑性材料。
10. 如權(quán)利要求8或者9所述的超材料，其特征在于，所述復(fù)合材料為包括纖維、泡沫和 /或蜂窩的一層或者多層結(jié)構(gòu)。
11. 如權(quán)利要求10所述的超材料，其特征在于，所述復(fù)合材料含有增強(qiáng)材料，所述增強(qiáng) 材料為纖維、織物、或者粒子中的至少一種。
12. 如權(quán)利要求1所述的超材料，其特征在于，所述超材料包括多層曲折線結(jié)構(gòu)層，其 中每兩層所述曲折線結(jié)構(gòu)層之間對齊層疊。
13. 如權(quán)利要求12所述的超材料，其特征在于，所述多層曲折線結(jié)構(gòu)層相互之間通過 熱壓工藝層疊在一起。
14. 一種由權(quán)利要求1-13中任意一項所述的超材料構(gòu)成的極化器。
15. 如權(quán)利要求14所述的極化器，其特征在于，所述極化器用于飛行器、機(jī)動車或船的 天線上。
【文檔編號】H01Q15/24GK104347957SQ201310332273
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司