超材料微波成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超材料微波成像装置，包括将物体表面漫反射的回波汇聚成像的第一超材料；第一超材料包括一功能层，功能层包括多个相互平行的片层，每一片层包括片状基板和附着在片状基板上阵列排布的多个人造微结构，片状基板分成多个单元块，每一人造微结构与其所占据的单元块构成一个单元格，每一片层沿第一方向排布的多个单元格其在中间位置具有一折射率最大的第一区域，该第一区域具有一个单元格或相同折射率的多个单元格，该第一区域两侧的单元格的折射率分别沿背离该第一区域的方向逐渐减小，且每一单元格具有各向异性的电磁参数。本发明专利技术的超材料微波成像装置，使用了具有汇聚功能的第一超材料代替凸透镜实现成像，具有加工工艺简单的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超材料领域，更具体地说，涉及一种超材料微波成像装置。
技术介绍
微波成像，就是先向目标发射电磁波(微波波段)，再接收目标的散射回波进行成像。现有技术，将电磁波通过透镜汇聚到所测物体上，再将漫反射出来的部分电磁波通过透镜汇聚成像，透镜的汇聚是靠透镜的球面形状的折射来实现汇聚的，这种方法要得到高分辨率的成像图就需要制造的高精度的汇聚透镜，从加工工艺上来说是很难实现的。而且透镜的介质容易老化
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种超材料微波成像装置，该装置用具有汇聚功能的超材料代替透镜，具有加工工艺简单的优势。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种超材料微波成像装置，所述装置包括将物体表面漫反射的回波汇聚成像的第一超材料；所述第一超材料包括一功能层，所述功能层包括多个相互平行的片层，每一片层包括片状基板和附着在片状基板上阵列排布的多个人造微结构，所述片状基板分成多个单元块，每一人造微结构与其所占据的单元块构成一个单元格，每一片层沿第一方向排布的多个单元格其在中间位置具有一折射率最大的第一区域，该第一区域具有一个单元格或相同折射率的多个单元格，该第一区域两侧的单元格的折射率分别沿背离该第一区域的方向逐渐减小，且所述每一单元格具有各向异性的电磁参数。进一步地，同一片层沿垂直于第一方向的第二方向排布的多个单兀格其折射率相同。进一步地，所述超材料沿垂直于片层表面的第三方向排布的多个单元格在中间位置具有一折射率最大的第二区域，该第二区域具有一个单元格或相同折射率的多个单元格，该第二区域两侧的单元格的折射率分别沿背离该第二区域的方向逐渐减小。进一步地，所述第一区域两侧的单元格的折射率以第一区域为中心对称分布，所述第二区域两侧的单元格的折射率以第二区域为中心对称分布。进一步地，每一片层上位于第一区域的单元格其光轴与第二方向平行，位于第一区域同一侧的所有单元格其光轴平行，且两侧单元格的光轴相对于第一区域对称。进一步地，每一片层沿第一方向排布的多个单元格其光轴由第一区域向两边依次旋转，并且沿第二方向排布的多个单元格其光轴平行。进一步地，每一片层沿第一方向排布的多个单元格中处于第一区域中的单元格其光轴与第二方向平行，处于两端的两个单元格其光轴与第一方向平行。进一步地，每一片层上的多个人造微结构具有相同的图形，并且沿第一方向排布的多个人造微结构中尺寸最大的人造微结构位于第一区域，该第一区域两侧的人造微结构分别沿背离该第一区域的方向尺寸逐渐减小。进一步地，每一片层沿第二方向排布的多个人造微结构其尺寸相同。进一步地，所述超材料沿第三方向排布的多个人造微结构中尺寸最大的人造微结构位于第二区域，该第二区域两侧的人造微结构分别沿背离该第二区域的方向尺寸逐渐减小。进一步地，所述人造微结构呈非90度旋转对称的图形。进一步地，所述人造微结构为平面的工字形结构或平面雪花状结构。进一步地，所述超材料还包括设置在功能层入射面和/或出射面上的阻抗匹配层。 进一步地，所述装置还包括辐射检测电磁波的辐射器以及将检测电磁波汇聚到待成像物体表面的汇聚元件，所述汇聚元件为凸透镜，或为与第一超材料功能结构相同的第二超材料。实施本专利技术的超材料微波成像装置，用具有汇聚功能的第一超材料代替了加工工艺要求极高的透镜，因此加工艺简单，可以大大节省加工时间，提高加工效率。附图说明图I是本专利技术的第一实施例第一超材料其功能层的结构示意图；图2是所示为折射率椭球在xy平面的截面示意图；图3是本专利技术的第一实施例第一超材料其功能层的电磁波汇聚示意图；图4是本专利技术的第二实施例第一超材料其功能层的结构示意图；图5是本专利技术的第二实施例第一超材料其功能层的电磁波汇聚示意图；图6是本专利技术所提供的第一超材料其功能层与阻抗匹配层的组装示意图；图7是平面雪花状的人造微结构的示意图；图8是本专利技术的超材料微波成像装置的结构示意图。具体实施例方式“超材料"是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。“超材料"所具有的三个重要特征(I) “超材料"通常是具有新奇人工结构的复合材料；(2) “超材料"具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的)；(3) “超材料"性质由构成材料的本征性质及其中的人造微结构共同决定。本专利技术利用超材料技术来构建一种超材料微波成像装置。具体如下如图I至8所示，根据本专利技术的超材料微波成像装置，包括辐射检测电磁波的辐射器200、将检测电磁波汇聚到待成像物体表面的汇聚元件300以及将物体表面漫反射的回波汇聚成像的第一超材料400。所述汇聚元件300为凸透镜，或为与第一超材料400功能结构相同的第二超材料。本实施例中，优选为第二超材料3。此处的功能结构相同，指的是第二超材料能够将辐射器200发出的电磁波汇聚到物体表面P。本专利技术中，辐射器200发出的检测电磁波由第二超材料3汇聚后，射到待成像物体的表面P，在待成像物体的表面P发生漫反射，漫反射的部分电磁波再通过第一超材料I汇聚成像。上面的辐射器可以是类似天线的发射机等装置。本专利技术的第一超材料包括一功能层10，所述功能层10包括多个相互平行的片层1，每一片层I包括片状基板2和附着在片状基板2上阵列排布的多个人造微结构3，所述片状基板2分成多个单元块V，每一人造微结构3与其所占据的单元块V构成一个单元格4，每一片层I沿第一方向排布的多个单元格4其在中间位置具有一折射率最大的第一区域SI，该第一区域SI具有一个单元格或相同折射率的多个单元格，该第一区域SI两侧的单元格的折射率分别沿背离该第一区域SI的方向逐渐减小，且所述每一单元格具有各向异性的电磁参数。每一单元块可以是完全相同的方块，可以是立方体，也可是长方体，每一单元块V的长、宽、高尺寸为入射电磁波波长的五分之一以下(通常为波长的十分之一)，以使得整个超材料对电磁波具有连续的电场和/或磁场响应。每一单元格4具有各向异性的电磁参数是指，单元格空间中每一点的折射率分布并不是每点都相同，其折射率呈椭球分布，此椭球称为折射率椭球。对于任一给定的单元格，可通过现有技术的模拟仿真软 件和计算方法算出其折射率椭球，例如参考文献Electromagnetic parameter retrievalfrom inhomogeneous metamaterials, D. R. Smith, D. C. Vier, T. Koschny, C. M. Soukoulis,Physical Review E 71,036617 (2005)中记载的方法。上述的第一方向是指图I中的x轴方向。对于具有平面结构的人造微结构，各向同性，是指对于在该二维平面上以任一角度入射的任一电磁波，上述人造微结构在该平面上的电场响应和磁场响应均相同，也即介电常数和磁导率相同；对于具有三维结构的人造微结构，各向同性是指对于在三维空间的任一方向上入射的电磁波,每个上述人造微结构在三维空间上的电场响应和磁场响应均相同。当人造微结构为90度旋转对称结构时，人造微结构即具有各向同性的特征。对于二维平面结构，90度旋转对称是指其在该平面上绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料微波成像装置，其特征在于，所述装置包括：将物体表面漫反射的回波汇聚成像的第一超材料；所述第一超材料包括一功能层，所述功能层包括多个相互平行的片层，每一片层包括片状基板和附着在片状基板上阵列排布的多个人造微结构，所述片状基板分成多个单元块，每一人造微结构与其所占据的单元块构成一个单元格，每一片层沿第一方向排布的多个单元格其在中间位置具有一折射率最大的第一区域，该第一区域具有一个单元格或相同折射率的多个单元格，该第一区域两侧的单元格的折射率分别沿背离该第一区域的方向逐渐减小，且所述每一单元格具有各向异性的电磁参数。

【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，石小红，
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：