超材料移相器制造技术

本发明专利技术涉及超材料移相器，包括：可旋转的圆波导、设置在所述圆波导内腔中的超材料柱；所述超材料柱包括层叠为一体的多个超材料片层，所述超材料片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造微结构，同一超材料片层各处的折射率相同，且每一超材料片层的折射率自所述超材料柱的中心向两端逐渐减小。本发明专利技术通过在圆波导内腔中设置超材料柱，旋转圆波导即可改变圆波导的电场分布，从而改变圆波导两端电磁波的相位差。每一超材料片层的折射率自所述超材料柱的中心向两端逐渐减小，使得移相器的体积大大减小且能够减少损耗，而且移相范围广、成本低、制作简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移相器，更具体地说，涉及一种超材料移相器。
技术介绍
由于相控阵的需求，高功率移相器的应用范围很广。现有移相器主要有以下3种:电子管移相器、介质移相器、铁氧体移相器。对于电子管移相器来说，由于功率容量低，在超高功率下使用不广泛。介质移相器由于需要机械调节，存在调节速度慢、损耗高、设备可靠性差等缺点。铁氧体移相器是现阶段使用比较广泛的高功率移相器，通过外加磁场脉冲改变铁氧体中的磁导率，控制电磁波在铁氧体中的波长，进而改变电磁波的相位，但是设备结构复杂、体积大、成本高、温度稳定性差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述体积大、成本高等缺陷，提供一种超材料移相器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种超材料移相器，包括:可旋转的圆波导、设置在所述圆波导内腔中的超材料柱；所述超材料柱包括层叠为一体的多个超材料片层，所述超材料片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造微结构，同一超材料片层各处的折射率相同，且每一超材料片层的折射率自所述超材料柱的中心向两端逐渐减小。在本专利技术所述的超材料移相器中，还包括与所述圆波导可旋转连接的旋转单元，用于旋转所述圆波导以改变所述圆波导的电场分布，从而改变所述圆波导两端电磁波的相位差。在本专利技术所述的超材料移相器中，所述超材料柱与所述圆波导内腔紧密贴合。在本专利技术所述的超材料移相器中，所述圆波导为中空金属管。在本专利技术所述的超材料移相器中，所述圆波导由铜合金制成。在本专利技术所述的超材料移相器中，所述人造微结构为非90度旋转对称结构，使得所述超材料柱呈各向异性。在本专利技术所述的超材料移相器中，所述人造微结构为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构。在本专利技术所述的超材料移相器中，所述金属丝通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基材上。在本专利技术所述的超材料移相器中，所述人造微结构为“工”字形、“十”字形或“H”形。在本专利技术所述的超材料移相器中，所述基材由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F4B复合材料制得。实施本专利技术的技术方案，具有以下有益效果:通过在圆波导内腔中设置超材料柱，旋转圆波导即可改变圆波导的电场分布，从而改变圆波导两端电磁波的相位差。由于超材料柱的各向异性，对于不同电场分布的表现出不同的介电常数，从而表现为不同的折射率，最终导致了圆波导两端电磁波的相位差的改变。每一超材料片层的折射率自所述超材料柱的中心向两端逐渐减小，使得移相器的体积大大减小且能够减少损耗，而且移相范围广、成本低、制作简单。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中:图1是依据本专利技术一实施例的超材料移相器的结构示意图；图2是图1所示的超材料柱12的结构示意图。具体实施例方式图1是依据本专利技术一实施例的超材料移相器的结构示意图。如图1所示，超材料移相器10包括:可旋转的圆波导11、设置在圆波导11内腔中的超材料柱12。关于超材料柱12的结构如图2所示。超材料柱12包括层叠为一体的多个超材料片层121，超材料片层121包括片状的基材121a以及设置在基材121a上的多个人造微结构121b，人造微结构121均匀分布。同一超材料片层121各处的折射率η相同，且每一超材料片层121的折射率η自超材料柱12的中心向两端逐渐减小。例如，超材料柱12中心处的折射率为6，两端的折射率为1，自两端向中心折射率逐渐从I增加到6，折射率η的逐渐改变有利于减少损耗。最大折射率与最小折射率相差越大，那么制成的移相器的尺寸就会越小。图2中示出的超材料片层的数量仅为示意，并不作为对本专利技术的限制，可以依据圆波导的尺寸进行设置。图1中的圆波导11是可旋转的，为了实现旋转，除了图1所示的构件外，还包括与圆波导11可旋转连接的旋转单元(图中未示出)，用于旋转圆波导11以改变圆波导11的电场分布，从而改变圆波导11两端电磁波的相位差，达到移相的目的。关于如何设置旋转单元以及用何种方式实现旋转，本专利技术对此不做限制，可以采用现有成熟的技术，例如转轴坐坐寸寸O对于圆波导11，可以采用目前使用的任何种类的圆波导，例如可以是中空金属管等，圆波导11可以由铜、铜合金、铝、铝合金等任何金属材料制成。由图1可以看出，超材料柱12与圆波导11的内腔紧密贴合。当然也可以根据需要进行设置，具体二者如何组装或者二者是否一体设计，本专利技术不做限制。人造微结构121b为非90度旋转对称结构，使得超材料柱12呈各向异性。例如，人造微结构为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构，可以是“工”字形、“十”字形或“H”形金属丝通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基材上。图2示出的是“工”字形人造微结构，这里仅为示意，不作为对本专利技术的限制。基材121a可以由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F4B复合材料制得。通过在圆波导内腔中设置超材料柱，旋转圆波导即可改变圆波导的电场分布，从而改变圆波导两端电磁波的相位差。由于超材料柱的各向异性，对于不同电场分布的表现出不同的介电常数，从而表现为不同的折射率，最终导致了圆波导两端电磁波的相位差的改变。每一超材料片层的折射率自所述超材料柱的中心向两端逐渐减小，使得移相器的体积大大减小且能够减少损耗，而且移相范围广、成本低、制作简单。本专利技术的移相器应用广泛，可以应用到基站天线或者雷达天线中。通过本专利技术的技术方案，可以很容易地实现相位的改变，从而改变例如基站相控阵，导致天线辐射方向的改变，使得基站天线或者雷达天线方向性更好。上面结合附图对本专利技术的实施例进行了描述，但是本专利技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不脱离本专利技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本专利技术的保护之内。权利要求1.一种超材料移相器，其特征在于，包括:可旋转的圆波导、设置在所述圆波导内腔中的超材料柱； 所述超材料柱包括层叠为一体的多个超材料片层，所述超材料片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造微结构，同一超材料片层各处的折射率相同，且每一超材料片层的折射率自所述超材料柱的中心向两端逐渐减小。2.根据权利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，还包括与所述圆波导可旋转连接的旋转单元，用于旋转所述圆波导以改变所述圆波导的电场分布，从而改变所述圆波导两端电磁波的相位差。3.根据权利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，所述超材料柱与所述圆波导内腔紧密贴合。4.根据权利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，所述圆波导为中空金属管。5.根据权利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，所述圆波导由铜合金制成。6.根据权利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，所述人造微结构为非90度旋转对称结构，使得所述超材料柱呈各向异性。7.根据权利要求6所述的超材料移相器，其特征在于，所述人造微结构为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构。8.根据权利要求7所述的超材料移相器，其特征在于，所述金属丝通过蚀刻、电镀、钻亥IJ、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基材上。9.根据权利要求7所述的超材料移相器，其特征在于，所述人造微结构为“工”字形、“十”字形或“H”形。10.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料移相器，其特征在于，包括：可旋转的圆波导、设置在所述圆波导内腔中的超材料柱；所述超材料柱包括层叠为一体的多个超材料片层，所述超材料片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造微结构，同一超材料片层各处的折射率相同，且每一超材料片层的折射率自所述超材料柱的中心向两端逐渐减小。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，季春霖，岳玉涛，张凌飞，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院， 深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44