基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜制造技术

本发明专利技术涉及一种基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜，该零折射微波透镜由N+1个第二条形介质基板与N个第一条形介质基板相间且相互平行排列而成，相邻N个第一条形介质基板和N+1个第二条形介质基板之间的距离分别为d1、d2、d1、d2……d2；第一条形介质基板是由双面覆铜的条形介质基板蚀刻而成，两个面上分别蚀刻有多个按该条形介质基板的长度方向排列的方形开口谐振环；第二条形介质基板2、的单面为长条形覆铜的条形介质基板蚀刻而成。本发明专利技术可以直接放置在传统天线的口径上方，并能够显著提高天线的辐射增益。本发明专利技术对不同的天线具有通用性，不需要针对不同的天线单独进行结构优化。

【技术实现步骤摘要】
基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜
本专利技术涉及零折射微波透镜
，尤其涉及一种基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜。
技术介绍
超常媒质(Metamaterial)是将具有特定几何形状的基本单元周期性或非周期性的排列所得到的新型人工材料。通过改变基本单元的结构及参数，可自由控制超常媒质的电磁属性，即其介电常数与磁导率。目前的超常媒质介电常数与磁导率可正可负也可为零，二者可以同号，也可异号。因此，若构造出介电常数或磁导率为零的超常媒质，则该超常媒质的折射率可以为零，即零折射材料(ZIM或ZeroRefractiveIndexMetamaterial)。2002年，S.Enoch等指出零折射材料具有汇聚电磁波束的功能，因此可以用来制作微波透镜，用于提高天线辐射的定向性(S.Enoch,etal.Ametamaterialfordirectiveemission.PhysicalReviewLetters,2002,89:213902)。基于S.Enoch等人的研究结果，人们很快设计出了多种零折射微波透镜(下面简称零折射透镜)和零折射透镜天线。然而，现有的零折射透镜只是通过单纯的零介电常数(电谐振)或者单纯的零磁导率(磁谐振)来实现零折射率，它们与空气层的阻抗不匹配，如果直接使用会显著降低天线的辐射效率。所以，现有的绝大多数零折射透镜只能是放置在喇叭天线口面内部(Q.Wu，atal.Anovelflatlenshornantennadesignedbasedonzerorefractionprincipleofmetamaterials，AppliedPhysics，2007，A87，151-156)，或者是借助天线后方的金属反射板(比如微带天线的地板)(DonghoKim，atal.AnalysisofAntennaGainEnhancementwithaNewPlanarMetamaterialSuperstrate:anEffectiveMediumandaFabry-PérotResonanceApproach，JInfraredMilliTerahzWaves，2010，31:1289–1303)，或者是直接将天线嵌入到零折射透镜的内部(ChengQ，atal.RadiationofplanarelectromagneticwavesbyalinesourceinanisotropicMTMs,JournalofPhysicsD-AppliedPhysics，2010，43(33)：335406.)，同时需要针对不同的天线分别进行结构优化，才能最终起到提高天线增益(天线增益是天线的实际性能指标，它等于天线的辐射定向性系数乘以天线的效率)的效果。这使得现有的零折射透镜对应用环境十分挑剔，而且对于不同的天线往往不具有通用性，因此很不方便使用。虽然，Ma等人在2009年提出可以利用各向异性的零折射率材料来改善零折射透镜与空气的阻抗匹配特性，从而使零折射透镜可以和天线分离开来(这样就可以使零折射透镜对于不同的天线具有一定的通用性)(MaYG,etal.Near-fieldplane-wave-likebeamemittingantennafabricatedbyanisotropicmetamaterial，AppliedPhysicsLetters，2009，94(4)：044107.)但是从目前的实际应用结果来看，这种各向异性零折射透镜对天线增益的提高效果十分有限，甚至不足1dB(参见2011年5月13日公开的专利公开文件CN102280703中，说明书附图的图9)。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜，用以解决现有的各向异性零折射透镜对天线增益的提高效果低的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜，该零折射微波透镜包括：第一条形介质基板、第二条形介质基板；第一条形介质基板为双面覆铜的条形介质基板，且蚀刻有方形开口谐振环；第二条形介质基板为单面覆铜的条形介质基板；第一条形介质基板与第二条形介质基板形状相同；第一条形介质基板为N个，N为大于1的整数，第二条形介质基板比第一条形介质基板多一个；所有第二条形介质基板均面对面并排平行排列，任意两个相邻的第二条形介质基板之间均排列有一个第一条形介质基板。第一条形介质基板的一面沿长边的方向，蚀刻有至少2个方形开口谐振环，且该面上的方形开口谐振环均为竖向开口；第一条形介质基板的另一面沿长边的方向，蚀刻有至少2个方形开口谐振环，且该面上的方形开口谐振环均为横向开口；竖向开口的方形开口谐振环与横向开口的方形开口谐振环的位置一一对应。竖向开口的方形开口谐振环与横向开口的方形开口谐振环的大小和形状均相等；竖向开口的方形开口谐振环与横向开口的方形开口谐振环的边长I2均为5.4mm，开口宽度S均为0.4mm，谐振环的宽度W均为0.8mm；任意相邻的两个竖向开口的方形开口谐振环之间和任意相邻的两个横向开口的方形开口谐振环之间，距离d3均为1.2mm。第二条形介质基板使用的单面覆铜的条形介质基板设有覆铜的一面为长条形覆铜，且长条形覆铜的宽度I3为6.6mm。第一条形介质基板蚀刻有竖向开口的方形开口谐振环的一面与第二条形介质基板设有长条形覆铜的一面相对，且距离d1为2.9mm；第一条形介质基板蚀刻有横向开口的方形开口谐振环的一面与第二条形介质基板没有有长条形覆铜的一面相对，且距离d2为3.7mm。第一条形介质基板与第二条形介质基板的宽度I1均为8mm；第一条形介质基板与第二条形介质基板的厚度均为0.8mm。第一条形介质基板与第二条形介质基板的介电常数均为2.2。本专利技术有益效果如下：1、本专利技术通过第一条形介质基板，利用方形开口谐振环SRR引起磁谐振，使透镜的磁导率接近于零；2、本专利技术通过第二条形介质基板，利用金属带条引起电谐振，使透镜的介电常数接近于零；3、本专利技术可以直接放置在传统天线的口径上方，并能够显著提高天线的辐射增益；4、本专利技术对不同的天线具有通用性，不需要针对不同的天线单独进行结构优化。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜的结构示意图；图2为基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜的第一条形介质基板的一面的结构示意图；图3为基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜的第一条形介质基板的另一面的结构示意图；图4为基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜的第二条形介质基板的单面覆铜的结构示意图；图5为基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜的第一条形介质基板的竖向开口的方形开口谐振环SRR的结构示意图；图6为H面喇叭天线E面远场方向图；图7为为在图6的情况下，在8.9-10.8GHz频率范围内，喇叭天线增益曲线图；图8为贴片天线E面远场方向图；图9为图8的情况下，在9.7-10.2GHz频率范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜，其特征在于，该零折射微波透镜包括：第一条形介质基板(1)、第二条形介质基板(2)；所述第一条形介质基板(1)为双面覆铜的条形介质基板，且蚀刻有方形开口谐振环；所述第二条形介质基板(2)为单面覆铜的条形介质基板；所述第一条形介质基板(1)与第二条形介质基板(2)形状相同；所述第一条形介质基板(1)为N个，N为大于1的整数，所述第二条形介质基板(2)比所述第一条形介质基板(1)多一个；所有所述第二条形介质基板(2)均面对面并排平行排列，任意两个相邻的所述第二条形介质基板(2)之间均排列有一个所述第一条形介质基板(1)。

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜，其特征在于，该零折射微波透镜包括：第一条形介质基板(1)、第二条形介质基板(2)；所述第一条形介质基板(1)为双面覆铜的条形介质基板，且蚀刻有方形开口谐振环；所述第二条形介质基板(2)为单面覆铜的条形介质基板；所述第一条形介质基板(1)与第二条形介质基板(2)形状相同；所述第一条形介质基板(1)为N个，N为大于1的整数，所述第二条形介质基板(2)比所述第一条形介质基板(1)多一个；所有所述第二条形介质基板(2)均面对面并排平行排列，任意两个相邻的所述第二条形介质基板(2)之间均排列有一个所述第一条形介质基板(1)。2.根据权利要求1所述的零折射微波透镜，其特征在于，所述第一条形介质基板(1)的一面沿长边的方向，蚀刻有至少2个方形开口谐振环，且该面上的方形开口谐振环均为竖向开口；所述第一条形介质基板(1)的另一面沿长边的方向，蚀刻有至少2个方形开口谐振环，且该面上的方形开口谐振环均为横向开口；所述竖向开口的方形开口谐振环(4)与横向开口的方形开口谐振环(3)的位置一一对应。3.根据权利要求2所述的零折射微波透镜，其特征在于，所述竖向开口的方形开口谐振环(4)与横向开口的方形开口谐振环(3)的大小和形状均相等；所述竖向开口的方形开口谐振环(4)与横向开口的方形开口谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明芳，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十六研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33