本发明专利技术实施例涉及一种电磁波分束器，该分束器包括由至少一个超材料片层构成的功能层，不同超材料片层的折射率分布相同，超材料片层可分为一个圆形区域和一个与圆形区域同心的环形区域，在圆形区域内折射率随着半径的增大连续增大且相同半径处的折射率相同，在环形区域内折射率随着半径的增大连续减小且相同半径处的折射率相同。本发明专利技术的分束器的功能层的圆形区域具有发散电磁波的功能，环形区域具有汇聚电磁波的功能，入射到功能层圆形区域的电磁波分别向功能层两侧边缘偏折射出，入射到环形区域的电磁波向功能层的圆心方向偏折，信号源发出的电磁波射入到分束器后出射的电磁波形成环形的辐射区域，可实现特定的避障、避免干扰等需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超材料领域，尤其涉及一种基于超材料的电磁波分束器。
技术介绍
微波传输过程中，经常会需要将出射的波束分开一定角度，以实现避障、避免干扰以及多向发射等不同需求。现有技术中大多通过反射、折射或半反面等方式实现波束分离，专利技术人在实施本专利技术过程中，发现现有技术至少存在如下技术问题采用现有的分波手段进行波束分离会造成大量的能量损耗；现有的分波装置体积较大，使用不便
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种电磁波分束器，其体积小、重量轻、使用灵活方便。为解决上述技术问题，提供了一种电磁波分束器，所述分束器包括由至少一个超材料片层构成的功能层，所述超材料片层包括片状的基板和附着在所述基板上的多个人造微结构，每一所述超材料片层的折射率分布均相同，所述超材料片层包括一个圆形区域和一个与所述圆形区域同心的环形区域，在所述圆形区域内折射率随着半径的增大连续增大且相同半径处的折射率相同，在所述环形区域内折射率随着半径的增大连续减小且相同半径处的折射率相同。上述技术方案至少具有如下有益效果本专利技术的分束器的功能层的圆形区域具有发散电磁波的功能，环形区域具有汇聚电磁波的功能，入射到功能层圆形区域的电磁波分别向功能层两侧边缘偏折射出，入射到环形区域的电磁波向功能层的圆心方向偏折，信号源发出的电磁波射入到分束器后出射的电磁波形成环形的辐射区域，可实现特定的避障、避免干扰等需求。该分束器的体积较小、重量轻、使用灵活方便。附图说明图I是本专利技术一实施例的电磁波分束器分离波束的示意图。图2是本专利技术实施例所采用的功能层的结构示意图。图3是图2所示的功能层的折射率随半径变化的示意图。图4是图2所示的功能层在yz平面上的折射率分布图。图5是图2所示的人造微结构衍生的第二实施例的结构示意图。图6是由图5所示人造微结构衍生的第三实施例的结构示意图。图7是本专利技术的电磁波分束器另一实施例的结构示意图。具体实施例方式超材料是一种以人造微结构2为基本单元并以特定方式进行空间排布、具有特殊电磁响应的新型材料，包括人造微结构2和供人造微结构附着的基板I。人造微结构2为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构，多个人造微结构2在基板I上阵列排布，每个人造微结构2以及其所附着的基板I所占部分即为一个超材料单元。基板I可为任何与人造微结构2不同的材料，这两种材料的叠加使每个超材料单元产生一个等效介电常数与磁导率，这两个物理参数分别对应了超材料单元的电场响应与磁场响应。超材料对电磁响应的特征是由人造微结构2的特征所决定，而人造微结构2的电磁响应很大程度上取决于其金属丝的图案所具有的拓扑特征和其几何尺寸。根据上述原理设计超材料空间中排列的每个人造微结构2的拓扑图形和几何尺寸，就可对超材料中每一点的电磁参数进行设置。图I所示为本专利技术一实施例的电磁波分束器分离波束的示意图，信号源20发出的电磁波射入到本专利技术的分束器后出射的电磁波形成环形的辐射区域，可实现特定的避障、避免干扰等需求。该分束器包括由至少一个超材料片层3构成的功能层10。作为公知常识我们可知，电磁波的折射率n= ^SXjU，当一束电磁波由一种介质传播到另外一种介质时，电磁波会发生折射，当物质内部的折射率分布非均匀时，电磁波就会向折射率比较大的位置偏折，通过设计构成功能层10的超材料片层3中每一点的电磁参数，就可对功能层10的折射率分布进行调整，进而达到改变电磁波的传播路径的目的。根据上述原理可以通过设计功能层10的折射率分布实现如图I所述的电磁波辐射效果。构成图I所示的功能层10的每个超材料片层3包括片状的基板I和附着在基板I上的多个人造微结构2，每个人造微结构2以及其所附着的基板I所占部分即为一个超材料单元。功能层10的具体结构如图2所示，本实施例中功能层10由多个超材料片层3堆叠形成，各个超材料片层3之间等间距排列地组装，或两两片层之间直接前、后表面相粘合地连接成一体。具体实施时，超材料片层3的数目可依据需求来进行设计。每个超材料片层3由多个超材料单元阵列形成，整个功能层10可看作是由多个超材料单元沿X、Y、Z三个方向阵列排布而成。功能层10中，每个超材料单元的边长为入射电磁波波长的1/5到1/10之间。本实施例中每个超材料片层3的折射率分布均相同，这里为了描述清楚仅对一个超材料片层3的折射率分布规律进行详细说明，其余各超材料片层3的折射率分布规律均相同。在本实例中每个超材料片层3的折射率分布满足如下第一规律在YZ平面上超材料片层3包括一个圆形区域和一个与圆形区域同心的环形区域，在圆形区域内折射率随着半径的增大连续增大且相同半径处的折射率相同，在环形区域内折射率随着半径的增大连续减小且相同半径处的折射率相同。如图2所示功能层10由多个折射率分布规律相同的超材料片层3堆叠形成，所以本专利技术的功能层10的折射率分布满足第一规律，图3是图2所示的功能层10的折射率随半径变化的示意图。如图所示功能层10包括2个区域，第一区域的半径长度为LI，在该区域内沿半径增加的方向每个超材料单元的折射率依次为a2、a3......an ;第二区域的宽度为L2，沿半径增大方向每个超材料单元的折射率依次为bi、b2、b3......bn ;且各个折射率满足如下关系a2 ......￡in (I)b: ^ b2 ^ b3 ^......^ bn (2)其中，n为不小于2的自然数，式⑴⑵均不同时取等号。利用功能层10使从信号源20发出的球面波形式发散的电磁波形成如图I所示的环形的辐射区域且随着电磁波的传播其形成的环形区域的宽度保持不变，则需第一区域内越靠近圆心处入射电磁波和出射电磁波之间所夹的偏折角越大，第二区域内越远离圆心处入射电磁波和出射电磁波之间所夹的偏折角越大。作为公知常识可知相邻超材料单元之间的折射率变化量越大，则电磁波的偏折角越大。因此，为了实现电磁波传播过程中圆环的宽度保持不变，必须使入射到功能层10的靠近圆心处和靠近边缘处的电磁波以大角度偏折，所以各个区域内超材料单元的折射率变化满足如下关系(afa2) ^ (a2_a3) ^...... ^ (a^j-aJ(3)(bfbj ( (b2-b3) (...... ( Ovfbn)(4)满足上述关系式的功能层10，其第一区域在yz平面上的折射率变化量具有如下关系即以折射率为的超材料单元为圆心，随着半径的增大折射率变化量逐渐减小，因此以B1所在的超材料单元为圆心，随着半径的增大入射到第一区域的电磁波出射时偏折角度逐渐减小，越靠近圆心处入射的电磁波其出射偏折角越大；同理，第二区域在yz平面上 的折射率变化量具有如下关系即在第二区域内随着半径的增大折射率变化量逐渐增大，因此随着半径的增大入射到第二区域的电磁波出射时偏折角度逐渐增大，越靠近超材料片层3边缘处入射的电磁波的出射偏折角越大。通过一定的设计和计算，使得这些偏折角依次满足一定的规律，即可实现图I所示的分束效果。类似于凸透镜，只要知道各个表面点对光的偏折角度和材料的折射率，即可设计出相应的表面曲率特征使入射光以期望的角度出射。同理本专利技术的分束器通过设计各个超材料单元的人造微结构2，得到该单元的介电常数e和磁导率I；，进而对功能层10的折射率分布进行设计使得各个相邻超材料单元的折射率的变化量An本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电磁波分束器，其特征在于，所述分束器包括由至少一个超材料片层构成的功能层，所述超材料片层包括片状的基板和附着在所述基板上的多个人造微结构，每一所述超材料片层的折射率分布均相同，所述超材料片层包括一个圆形区域和一个与所述圆形区域同心的环形区域，在所述圆形区域内折射率随着半径的增大连续增大且相同半径处的折射率相同，在所述环形区域内折射率随着半径的增大连续减小且相同半径处的折射率相同。
【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，洪运南，
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：
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