本发明专利技术涉及用于表面和波导的超材料。互补的超材料元件提供关于表面结构和/或波导结构的有效的介电常数和/或导磁率。互补的超材料谐振元件可包括“开口谐振环”(SRR)和“电LC”(ELC)超材料元件的巴比涅(Babinet)补偿。在一些方法中，互补的超材料元件被嵌入平面波导的边界面，以例如实现用于光束转向/聚焦设备、天线阵馈电结构等等的基于波导的梯度折射率透镜。
【技术实现步骤摘要】
用于表面和波导的超材料 本申请是申请日为2009年08月21日，申请号为200980141984. 2,专利技术名称为用 于表面和波导的超材料的申请的分案申请。 相关申请的交叉引用 本申请要求于2008年8月22日提交的第61/091，337号临时申请的优先权的权 益，该申请在此处通过引用被并入。 关于由联邦赞助研究或开发的声明
本技术在此处涉及人工构造的材料，比如超材料（metamaterial)，其作用为人工 的电磁材料。一些方法提供了响应于在射频（RF)微波频率、和/或更高频率比如红外线 或可见光频率上的电磁波的表面结构和/或波导结构。在一些方法中，电磁响应包括负折 射。一些方法提供表面结构，其包括在传导表面上被形成图案的超材料元件。一些方法提 供波导结构，其包括在导波结构的中的一个或多个边界传导表面上被形成图案的超材料元 件（例如，平面波导、传输线结构或者单个的平面导模结构的边界传导带、贴片（patch)、或 平面）。 背景和概述 人工构造的材料，比如超材料能够扩展常规材料的电磁特性，并且能够提供在常 规材料中很难实现的新颖电磁响应。超材料能够实现复合的各向异性和/或电磁参数（比 如介电常数、导磁率、折射率、以及波阻抗）的梯度，并因此实现电磁设备，比如隐形斗篷 (参见，例如，J. Pendry等人的第11/459728号美国专利申请Electromagnetic cloaking method，此处通过引用将其并入）和GRIN(梯度折射率）透镜（参见，例如，D.R. Smith 等人的第11/658358号美国专利申请Metamatrials，此处通过引用将其并入）。此外， 能够设计超材料具有负介电常数和/或负导磁率，例如提供负折射的介质或各向异性的 (indefinite)介质（即，具有各向异性张量的介电常数和/或导磁率的介质；参见，例如， D. R. Smith等人的第10/525191号美国专利申请Indefinite materials,此处通过引用将 其并入）。 在例如 Pozar 的 Microwave Engineering(Wiley 第 3 版）中显不了 负折射率 传输线的基本概念，其通过交换电感的并联电容和电容的串联电感形成。超材料的传输 线方法已由（UCLA 的）Itoh 和 Caloz 以及（Toronto 的）Eleftheriades 和 Balmain 进行 了研究。可参见例如 Elek 等人的 A two-dimensional uniplanar transmission-line metamatrials with a negative index of refraction，', New Journal of Physics (Vol. 7, Issue 1 pp. 163 (2005);以及第 6, 859, 114 号美国专利。 由Caloz和Itoh所公开的传输线（TL)是基于交换常规TL的串联电感和并联电 容，以便获得负折射介质的TL等效物。因为并联电容和串联电感总是存在的，所以总是有 与频率相关的TL二重性能，该二重性能引起低频的反向波和较高频率的一般正向波。 出于这个原因，Caloz和Itoh将他们的超材料TL称为复合右/左手的 TL，或CRLH TL。 CRLHTL通过使用集中的电容器和电感器、或者等效的电路元件来形成，以产生在一维上作 用的TL。CRLH TL概念已经被Caloz和Itoh以及Grbic和Eleftheriades扩展到了二维 结构中。 在 F. Falcone 等人的 Babinet principle applied to the design of metasurfaces and metamatrials，Phys. Rev. Lett. V93，Issuel9,197401 中，提出 了使用 互补的开口谐振环（CSRR)作为微带电路元件。CSRR已被相同的团队展示可作为微带几何 结构的滤波器。例如参见Marques 等人的Ab initio analysis of frequency selective surfaces based on conventional and complementary split ring resonators，'， Journal of Optics A:Pure and Applied Optics, Volume7, Issue2, pp.S38-S43 (2005), 和 Bonache 等人的〃Microstrip Bandpass Filters With Wide Bandwidth and Compact Dimensions (Microwave and Optical Tech. Letters (46:4，p.3432〇〇5)。还研究了使用 CSRR作为在微带的接地平面中被形成图案的元件。这些团队展示了负折射率介质的微带等 效物，其使用在接地平面中被形成图案的CSRR和上方导体中的电容性中断来形成。这一 工作也已经被扩展到了同面微带线中。 开口谐振环（SRR)实质上响应平面外的磁场（S卩，沿着SRR的轴线被定向）。在另 一方面，互补的SRR(CSRR)实质上响应平面外的电场（S卩，沿着CSRR的轴线被定向）。CSRR 可被视为SRR的巴比涅二重特性（Babinet dual)，并且此处所公开的实施方式可包 括被嵌入传导表面的CSRR元件，例如金属片上成形的孔缝、蚀刻、或穿孔。在一些如此处所 公开的应用中，带有被嵌入的CSRR元件的传导表面是比如平面波导、微带线等等的波导结 构的边界导体。 虽然开口谐振环（SRR)实质上耦合到平面外的磁场，一些超材料应用利用了实 质上耦合到平面内的电场的元件。这些可选择的元件可被称为电LC(ELC)谐振器，并且 不例性的配置在 D.Schurig 等人的 Electric-field coupled resonators for negative permittivity metamaterials，Appl.Phys.Lett88,041109(2006)中有所描述。虽然电 LC(ELC)谐振器实质上耦合到平面内的电场，互补的电LC(CELC)谐振器实质上响应平面内 的磁场。CELC谐振器可被视为ELC谐振器的巴比涅二重特性，并且此处所公开的实施方 式可包括被嵌入传导表面的CELC谐振器兀件（对CSRR兀件可选择或额外的），例如金属 片上成形的孔缝、蚀刻、或穿孔。在一些如此处所公开的应用中，带有被嵌入的CSRR和/或 CELC元件的传导表面是比如平面波导、微带线等等的波导结构的边界导体。 此处所公开的一些实施方式利用了互补的电LC (CELC)超材料元件，以便为波导 结构提供有效的导磁率。在各种实施方式中，（相对）有效的导磁率可大于1、小于1但大 于〇、或者小于0。可选择地或额外地，此处所公开的一些实施方式利用了互补的开口谐振 环（CSRR)超材料元件，以便为平面波导结构提供有效的介电常数。在各种实施方式中，（相 对）有效的介电常数可大于1、小于1但大于〇、或者小于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于提供在平行于传导表面的方向上的有效导磁率的装置，包括：传导表面，其具有对应于所述传导表面内的限定互补的超材料元件的相应孔缝的多个独立的电磁响应，所述多个独立的电磁响应提供在平行于所述传导表面的方向上的有效导磁率，其中所述传导表面是波导结构的边界面，并且所述有效导磁率是实质上在所述波导结构内传播的电磁波的有效导磁率。
【技术特征摘要】
2008.08.22 US 61/091,3371. 一种用于提供在平行于传导表面的方向上的有效导磁率的装置，包括： 传导表面，其具有对应于所述传导表面内的限定互补的超材料元件的相应孔缝的多个 独立的电磁响应，所述多个独立的电磁响应提供在平行于所述传导表面的方向上的有效导 磁率， 其中所述传导表面是波导结构的边界面，并且所述有效导磁率是实质上在所述波导结 构内传播的电磁波的有效导磁率。2. 如权利要求1所述的装置，其中所述有效导磁率实质上为零。3. 如权利要求1所述的装置，其中所述有效导磁率实质上小于零。4. 如权利要求1所述的装置，其中在平行于所述传导表面的所述方向上的所述有效导 磁率是在平行于所述传导表面的第一方向上的第一有效导磁率，并且所述多个相应的独立 的电磁响应还提供在平行于所述传导表面且垂直于所述第一方向的第二方向上的第二有 效导磁率。5. 如权利要求4所述的装置，其中所述第一有效导磁率实质上等于所述第二有效导磁 率。6. 如权利要求4所述的装置，其中所述第一有效导磁率实质上不同于所述第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·R·斯密斯，若鹏·刘，崔铁军，程强，乔纳·戈勒布，
申请(专利权)人：杜克大学，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。