超材料单元、电磁聚焦放大透镜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超材料单元、电磁聚焦放大透镜及其制备方法，超材料单元，包括介质基板和谐振环结构，谐振环结构包括位于介质基板第一侧的双开口衍生谐振环和位于介质基板第二侧的微带线，其中，双开口衍生谐振环呈

Metamaterial Unit, Electromagnetic Focusing Amplifier Lens and Their Preparation Method

The invention relates to a metamaterial unit, an electromagnetic focusing magnifying lens and a preparation method thereof. The metamaterial unit comprises a dielectric substrate and a resonant ring structure. The resonant ring structure comprises a double-opening derivative resonant ring located on the first side of the dielectric substrate and a microstrip line located on the second side of the dielectric substrate, in which the double-opening derivative resonant ring appears.

【技术实现步骤摘要】
超材料单元、电磁聚焦放大透镜及其制备方法
本专利技术属于微波无线能量传输
，具体涉及一种超材料单元、电磁聚焦放大透镜及其制备方法。
技术介绍
微波无线能量传输技术是以微波为能量载体，通过发射天线和接收天线以及附属电路系统实现远距离能量传输，是一种能源危机的解决方式。与电磁感应、磁共振式等无线能量传输技术相比，微波无线能量传输技术能在较远的距离上实现能量传输，并且其方向性较好。在微波无线能量传输系统中，最为关键的部分就是整流天线部分，整流天线用于接收能量并将其转换为易于储存的直流电能，整个微波无线能量传输系统的整体效率基本由整流天线的性能决定。因为微带整流天线体积小、易集成度高、易成阵等优点，通常使用微带整流天线作为整流天线的接收天线，但是微带整流天线的增益普遍较低，因此其工作效率并不高。放大透镜结构可以有效地提升天线的增益，并且能够加强微波能量的方向性，在微带整流天线部分添加某些透镜系统，则可以进一步提升其效率与传输距离。目前常用的放大透镜结构为龙伯透镜、平板介质透镜和超材料透镜等。超材料透镜相比其他透镜结构具有体积小、易集成和易成阵的优点，并且可以直接通过印刷电路板的工艺进行批量生产，具有难以替代的优势。超材料是指一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料，而且这些性质主要来自人工的特殊结构。但是，目前的超材料透镜多用于天线罩或谐振式无线能量传输系统，并未将其用于微带整流天线部分，因此本专利技术设计了一种超材料单元、电磁聚焦放大透镜及其制备方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种超材料单元、电磁聚焦放大透镜及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种用于电磁聚焦放大透镜的超材料单元，包括介质基板和谐振环结构，所述谐振环结构包括位于所述介质基板第一侧的双开口衍生谐振环和位于所述介质基板第二侧的微带线，其中，所述双开口衍生谐振环呈形，包括相互对称的第一部分和第二部分；所述微带线在所述双开口衍生谐振环上的投影同时穿过所述第一部分和所述第二部分的开口处，且平行于所述介质基的一侧边。在本专利技术的一个实施例中，所述第一部分的开口处和所述第二部分的开口处分别设置有左右对称的第一回折部和第二回折部；所述第一部分和所述第二部分的与所述开口相对的侧壁上分别设置有凹进部；在本专利技术的一个实施例中，所述超材料单元的边长≤λ/4，其中，λ为期望电磁波的波长。在本专利技术的一个实施例中，所述双开口衍生谐振环和所述微带线均又铜线制成，所述铜线宽度为0.5mm。本专利技术提供了一种电磁聚焦放大透镜，包括在空间呈扇形分布的多个超材料阵列结构，其中，所述超材料阵列结构包括多个以上实施例中任一项所述的超材料单元，多个所述超材料单元排列成方形阵列。在本专利技术的一个实施例中，相邻所述超材料阵列结构之间的空间夹角相等。本专利技术提供了一种电磁聚焦放大透镜的制备方法，包括：根据期望电磁波的频率和预选的基础谐振环，得到超材料仿真单元；根据所述超材料仿真单元，得到超材料仿真阵列；根据所述超材料仿真阵列，制备所述电磁聚焦放大透镜。在本专利技术的一个实施例中，所述根据期望电磁波的频率和预选的基础谐振环，得到超材料仿真单元，包括：选择所述基础谐振环作为所述超材料仿真单元的初始谐振环结构；对所述基础谐振环的参数进行调整优化，得到双开口衍生谐振环根据所述双开口衍生谐振环，构成所述超材料仿真单元。在本专利技术的一个实施例中，根据所述超材料仿真单元，得到超材料仿真阵列，包括：将所述超材料仿真单元进行阵列排布，得到初始仿真阵列；调整所述初始仿真阵列中所述超材料仿真单元之间的距离，直至所述初始仿真阵列具有负的等效介电常数和负的等效磁导率，获取所述超材料仿真阵列。在本专利技术的一个实施例中，根据所述超材料仿真阵列，制备所述电磁聚焦放大透镜，包括：根据所述超材料仿真阵列，在选定的介质基板上制备得到超材料阵列结构；将若干所述超材料阵列结构在空间排列，形成所述电磁聚焦放大透镜。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的电磁聚焦放大透镜可以使微带整流天线前方的电磁能量密度得到显著的提升，提高微带整流天线系统的工作效率；2、本专利技术的电磁聚焦放大透镜采用现有常规印刷电路板制造工艺就能够实现，成本较低；3、本专利技术的电磁透镜与微带镇流天线的连接方式可以采用简单灵活的机械旋转结构连接方式，从而可以实现控制无线能量传输方向的功能。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种超材料单元的上表面示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种超材料单元的下表面示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种超材料单元的侧面示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种电磁聚焦放大透镜的结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种超材料阵列结构的示意图；图6是微带整流天线在不采用本专利技术实施例的电磁聚焦放大透镜的情况下在传输距离60cm处的空间能流密度分布图；图7是微带整流天线在采用本专利技术实施例的电磁聚焦放大透镜的情况下在传输距离60cm处的空间能流密度分布图；图8是本专利技术实施例提供的一种电磁聚焦放大透镜的制备方法流程图；图9是本专利技术实施例提供的一种基础谐振环的示意图；图10是本专利技术实施例提供的一种增加凹进部的第二谐振环的示意图；图11是本专利技术实施例提供的一种增加第一回折部的第三谐振环的示意图；图12是本专利技术实施例提供的一种增加第二回折部的第四谐振环的示意图。附图标记说明1-超材料单元；11-介质基板；12-双开口衍生谐振环；121-第一部分；122-第二部分；123-双回折线结构；1231-第一回折部；1232-第二回折部；124-凹进部；13-微带线；2-超材料阵列结构；21-第一超材料阵列结构；22-第二超材料阵列结构；23-第三超材料阵列结构；3-微带整流天线。具体实施方式为了进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本专利技术提出的一种用于微带整流天线的电磁聚焦放大透镜及其构建方法进行详细说明。有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本专利技术的技术方案加以限制。请参见图1至图3，如图所示，本实施例的用于电磁聚焦放大透镜的超材料单元1，包括介质基板11和谐振环结构，所述谐振环结构包括位于介质基板11第一侧的双开口衍生谐振环12和位于介质基板11第二侧的微带线13，超材料是指一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料，而且这些性质主要来自人工的特殊结构。具体地，请参见图1，图1是本专利技术实施例提供的一种超材料单元的上表面示意图，如图所示，双开口衍生谐振环12呈形，包括相互对称的第一部分121和第二部分122；第一部分121的开口处和第二部分122的开口处分别设置有左右对称的第一回折部1231和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电磁聚焦放大透镜的超材料单元(1)，其特征在于，包括介质基板(11)和谐振环结构，所述谐振环结构包括位于所述介质基板(11)第一侧的双开口衍生谐振环(12)和位于所述介质基板(11)第二侧的微带线(13)，其中，所述双开口衍生谐振环(12)呈

【技术特征摘要】
1.一种用于电磁聚焦放大透镜的超材料单元(1)，其特征在于，包括介质基板(11)和谐振环结构，所述谐振环结构包括位于所述介质基板(11)第一侧的双开口衍生谐振环(12)和位于所述介质基板(11)第二侧的微带线(13)，其中，所述双开口衍生谐振环(12)呈形，包括相互对称的第一部分(121)和第二部分(122)；所述微带线(13)在所述双开口衍生谐振环(12)上的投影同时穿过所述第一部分(121)和所述第二部分(122)的开口处，且平行于所述介质基板(11)的一侧边。2.根据权利要求1所述的超材料单元(1)，其特征在于，所述第一部分(121)的开口处和所述第二部分(122)的开口处分别设置有左右对称的第一回折部(1231)和第二回折部(1232)；所述第一部分(121)和所述第二部分(122)的与所述开口相对的侧壁上分别设置有凹进部(124)。3.根据权利要求1所述的超材料单元(1)，其特征在于，所述超材料单元(1)的边长≤λ/4，其中，λ为期望电磁波的波长。4.根据权利要求1所述的超材料单元(1)，其特征在于，所述双开口衍生谐振环(12)和所述微带线(13)均由铜线制成，所述铜线的宽度为0.5mm。5.一种电磁聚焦放大透镜，其特征在于，包括在空间呈扇形分布的多个超材料阵列结构(2)，其中，所述超材料阵列结构(2)包括多个根据权利要求1至4中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，牛鹏，史小伟，王伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61