超材料过渡波导制造技术

本发明专利技术公开了一种超材料过渡波导，所述超材料过渡波导连接在两个阻抗不相同的第一波导及第二波导之间，所述第一波导的阻抗小于第二波导，所述超材料过渡波导包括多个相互平行的片层，每一片层包括片状的基材和设置在基材上的多个人造孔结构，每一片层的阻抗均匀分布，且所有片层其阻抗沿垂直于片层的方向从第一波导向第二波导依次增大，与第一波导相接触的片层其阻抗与第一波导相同，与第二波导相接触的片层其阻抗与第二波导相同。根据本发明专利技术的超材料过渡波导，加工、设计容易，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信领域，更具体地说，涉及一种超材料过渡波导。
技术介绍
目前，需要相互连接的两个标准波导的阻抗往往存在着不小的差异，一般采用过渡波导(即阻抗变换器)实现阻抗匹配。在实际应用中，对过渡波导设计的基本要求包括频带足够宽，至少应覆盖高频系统的冷带宽；传输系数接近1，而且驻波比要足够低；长度尽可能短；结构简单，便于加工。 现有技术的过渡波导一般分为3种直渐变波导、双曲圆弧渐变波导与阶梯过渡波导。直渐变波导结构简单，容易加工，缺点是是要得到较低的反射，长度相对较长，损耗较大且带内反射有波动，结构上会使得整管横向尺寸增大，且容易受损；将波导窄边顶部高度逐渐降低，底部保持不变，宽边的左右两边同时收缩。双曲圆弧渐变波导结构的宽边为直线渐变，俯视图与直波导相同，窄边为两端等径的相切圆弧，圆弧的另一端分别与两端波导窄边相切，这种结构由于窄边是连续变化的，因而特性阻抗不存在突变，带内的反射系数波动较小，随频率的升高驻波系数呈指数递减，避免了由加工误差带来的性能突变，缺点是加工比较复杂。阶梯波导是一种阻抗变换装置，常用的两种变换为二项式变换与切比雪夫变换，其中后一种可以在最短的长度上实现较低的反射系数，广泛应用于耦合腔行波管中，缺点是加工比较复杂，存在带内的反射系数波动。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种易于设计、加工的超材料过渡波导。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过渡波导，所述超材料过渡波导连接在两个阻抗不相同的第一波导及第二波导之间，所述第一波导的阻抗小于第二波导，所述超材料过渡波导包括多个相互平行的片层，每一片层包括片状的基材和设置在基材上的多个人造孔结构，每一片层的阻抗均匀分布，且所有片层其阻抗沿垂直于片层的方向从第一波导向第二波导依次增大，与第一波导相接触的片层其阻抗与第一波导相同，与第二波导相接触的片层其阻抗与第二波导相同。进一步地，所述基材分成多个相同的基材单元，每一基材单元与其上的人造孔结构构成一个超材料单元，每一基材单元的长、宽及高的尺寸均不大于入射电磁波波长的五分之一。进一步地，所述每一基材单元为一立方体。进一步地，所述每一基材单元的边长为入射电磁波波长的十分之一。进一步地，同一片层上的所有人造孔结构具有相同的体积，且沿垂直于片层的方向从第一波导向第二波导，所述人造孔结构的体积依次增大，所有人造孔结构填充有相同的介质，所述介质的阻抗大于基材阻抗。进一步地，同一片层上的所有人造孔结构具有相同的体积，且沿垂直于片层的方向从第一波导向第二波导，所述人造孔结构的体积依次减小，所有人造孔结构填充有相同的介质，所述介质的阻抗小于基材阻抗。进一步地，所有片层上的所有人造孔结构的体积均相等，每一片层中的人造孔结构填充有不同的介质，且每一片层填充的介质的阻抗沿垂直于片层的方向从第一波导向第二波导依次增大。进一步地,所述基材由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制得。进一步地，所述人造孔结构通过注塑、冲压或数控打孔的方式形成在基材上。 进一步地，所述人造孔结构为圆柱孔、圆锥孔、圆台孔、梯形孔或方形孔。实施本专利技术的超材料过渡波导，相比于现有技术，具有以下有益效果I.体积小，不占用过多的空间；2.简单、易于实现、低成本，通过超材料对阻抗加以影响，不依赖设备的种类及形状。附图说明图I是本专利技术一种形式的超材料过渡波导与第一波导与第二波导的连接示意图；图2是本专利技术一种形式的超材料单元的结构示意图；图3是本专利技术超材料过渡波导第一实施例的分解结构示意图；图4是本专利技术超材料过渡波导第二实施例的分解结构示意图；图5是本专利技术超材料过渡波导第三实施例的分解结构示意图；图6是本专利技术另一种形式的超材料过渡波导与第一波导与第二波导的连接示意图；图I是本专利技术再一种形式的超材料过渡波导与第一波导与第二波导的连接示意图。具体实施例方式如图I至2所示，本专利技术提供了一种超材料过渡波导10，所述超材料过渡波导10连接在两个阻抗不相同的第一波导20及第二波导30之间，所述第一波导20的阻抗小于第二波导30。第一波导20与第二波导30为标准波导，其阻抗值均一。所述超材料过渡波导10包括多个相互平行的片层1，每一片层I包括片状的基材11和设置在基材11上的多个人造孔结构12，每一片层I的阻抗均匀分布，且所有片层其阻抗沿垂直于片层的方向从第一波导20向第二波导30依次增大，与第一波导20相接触的片层I其阻抗与第一波导20相同，与第二波导30相接触的片层I其阻抗与第二波导30相同。所述每一基材11分成多个相同的基材单元V,每一基材单元V与其上的人造孔结构12构成一个超材料单元D。每一基材单元D可以是完全相同的方块，可以是立方体，也可是长方体，每一基材单元V的长、宽、高尺寸不大于入射电磁波波长的五分之一(通常为入射电磁波波长的十分之一)，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。优选情况下，所述基材单元V为边长是入射电磁波波长十分之一的立方体。本文所说的阻抗指的是波阻抗，其可由公式阻抗Z= 7^77求得，因此，只要改变磁导率与介电常数的比值，就可以改变阻抗。因此，通过设计超材料内部空间中每一点的介电常数与磁导率(统称电磁参数)，就可以设计出超材料空间中每一点的波阻抗，得到我们想要的超材料过渡波导，实现第一波导与第二波导的完善过渡。如图3所示，为本专利技术所提供的超材料过渡波导第一实施例的分解分解结构示意图，本实施例中，每一超材料单元D的 结构如图2所示，图2所示人造孔结构为圆柱孔，同一片层I上的所有人造孔结构12具有相同的体积，且沿垂直于片层的方向从第一波导20向第二波导30，所述人造孔结构12的体积依次增大，另外，在本实施例中，所有人造孔结构12填充有相同的介质40，所述介质40的阻抗大于基材11阻抗。其中，片层111的阻抗与第一波导20相同，片层112的阻抗与第二波导30相同。由于填充的介质的阻抗大于基材的阻抗，因此，每一超材料单元D其人造孔结构的体积越大则填充介质的体积越大，相应的每一超材料单元D的等效阻抗越大，以实现所有片层其阻抗沿垂直于片层的方向从第一波导向第二波导依次增大，实现从第一波导到第二波导的阻抗匹配过渡。图3中人造孔结构中的剖面线表示填充的介质。图3中只是分解示意图(为了更直观的表达)，实际上，每一片层是紧密贴合在一起的，既可以是粘接在一起，也可以是一体注塑。如图4所示，为本专利技术所提供的超材料过渡波导第二实施例的分解结构示意图，本实施例中，每一超材料单元D的结构如图2所示，图2所示人造孔结构为圆柱孔，同一片层I上的所有人造孔结构12具有相同的体积，且沿垂直于片层的方向从第一波导20向第二波导30，所述人造孔结构12的体积依次减小，另外，在本实施例中，所有人造孔结构12填充有相同的介质50，所述介质50的阻抗小于基材11阻抗。其中，片层113的阻抗与第一波导20相同，片层114的阻抗与第二波导30相同。由于填充的介质的阻抗小于基材的阻抗，因此，每一超材料单元D其人造孔结构的体积越大则填充介质的体积越大，而每一超材料单元D的等效阻抗反而越小，以实现所有片层其阻抗沿垂直于片层的方向从第一波导向第二波导依次增大，实现从第一波导到第二波导的阻抗匹配过渡。图4中人造孔结构中的剖面线表示填本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料过渡波导，所述超材料过渡波导连接在两个阻抗不相同的第一波导及第二波导之间，所述第一波导的阻抗小于第二波导，其特征在于，所述超材料过渡波导包括多个相互平行的片层，每一片层包括片状的基材和设置在基材上的多个人造孔结构，每一片层的阻抗均匀分布，且所有片层其阻抗沿垂直于片层的方向从第一波导向第二波导依次增大，与第一波导相接触的片层其阻抗与第一波导相同，与第二波导相接触的片层其阻抗与第二波导相同。

【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，徐冠雄，
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：