一种波导功分器制造技术

本发明专利技术波导功分器包括：一输入波导、两输出波导和位于输入波导与输出波导之间的由至少一个超材料片层构成的超材料板。每个超材料片层包括片状的非金属的基材、附着在基材上的多个人造微结构；人造微结构包括处于一垂直于片状基材平面即分界面两侧的第一人造微结构和第二人造微结构；第一人造微结构和第二人造微结构有多个，具有相同的且非寻常光光轴相互平行的折射率椭球；每个第一人造微结构和第二人造微结构均为非90度旋转对称结构，二者的折射率椭球的非寻常光光轴的夹角不为零或180度，且位于分界面法线的同一侧。本发明专利技术波导功分器结构简单，进入输入波导的电磁波只需通过超材料板即实现电磁波分裂成两束并由两输出波导同向输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁波通讯领域，涉及一种波导功分器，具体涉及一种应用超材料的波导功分器。
技术介绍
在电磁波通讯领域，波导功分器是一种常用的器件，与微带线功分器相比，具有损耗小的优点。一种典型的波导功分器包括一个输入端口和两个输出端口，两个输出端口的方向相反，在某些应用场合需要得到同方向的输出，要想实现该目的就需要使用拐弯波导，这样做无疑会增加系统的复杂性和电磁波的损失。超材料是一种新型材料，是由非金属材料制成的基材和附着在基材表面上或嵌入在基材内部的多个人造微结构构成的。人造微结构是组成一定几何图形的圆柱形或扁平状金属丝，例如组成圆环形、I形的金属丝等。每个人造微结构及其附着或占据的部分基材构成一个单元，整个超材料即是由数十万、百万甚至上亿的这样的单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的，每个晶格相当于上述的人造微结构及部分基材构成的单元。由于人造微结构的存在，每个上述单元整体具有不同于基材本身的等效介电常数和等效磁导率，因此所有的单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；同时，对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可改变其单元的等效介电常数和等效磁导率，进而改变整个超材料的响应特性。将超材料技术应用到波导功分器中，改变了传统的功分器的设计理念，而关于这方面的应用研究在目前还未见披露。
技术实现思路
为了解决现有技术中的波导功分器在实现同向输出时结构复杂的技术问题，本专利技术提供了一种波导功分器，通过应用超材料技术可以很容易的实现电磁波功分同向输出，为了实现上述专利技术目的，采用以下技术方案—种波导功分器，包括一输入波导；两输出波导，处于同一平面且与所述输入波导的开口方向相同；以及，位于所述输入波导与输出波导之间的由至少一个超材料片层构成的超材料板，所述超材料片层包括片状的非金属的基材及附着在所述基材上的多个人造微结构，所述人造微结构包括处于一垂直于所述片状基材的平面即分界面两侧的第一人造微结构和第二人造微结构，所述第一人造微结构和第二人造微结构有多个，且其各自具有相同的折射率椭球，同时其各自的折射率椭球的非寻常光光轴相互平行；每个所述第一人造微结构和第二人造微结构均为非90度旋转对称结构，二者的折射率椭球的非寻常光光轴的夹角不为零或180度。进一步地，所述输入波导为圆波导、方波导或椭圆波导；所述输出波导为圆波导、方波导或椭圆波导。进一步地，所述第一人造微结构和第二人造微结构具有其各自相同的几何形状且相互平行地均匀排布。进一步地，所述第一人造微结构和第二人造微结构以所述分界面为对称面对称。进一步地，所述夹角的开口方向与入射电磁波的传播方向一致。进一步地，所述超材料板包括多个超材料片层，所述多个超材料片层沿垂直于所述超材料片层表面的方向堆叠为一体结构。进一步地，所述人造微结构为轴对称结构，其对称轴不垂直且不平行于所述分界面。进一步地，所述人造微结构为“工”字形、“十”字形或者椭圆形。进一步地，所述人造微结构为任意非对称结构。本专利技术波导功分器结构简单，使用的超材料板是根据人造微观结构对电磁场的响应与其结构有关的原理，使射入的电磁波分成两束与入射方向相同的电磁波射出，使得进入输入波导的电磁波只需通过超材料即实现电磁波分裂成两束并由两输出波导同向输出。附图说明图I是本专利技术波导功分器第一实施例的结构示意图；图2是本专利技术波导功分器第二实施例的结构示意图；图3是本专利技术波导功分器中超材料板的一种结构示意图；图4是图3中第一、第二人造微结构中电磁波传播线路示意图；图5是本专利技术波导功分器中超材料板另一种人造微结构的结构示意图；图6是本专利技术波导功分器中超材料板第三种人造微结构的结构示意图。具体实施例方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步说明。图I所示为本专利技术波导功分器的第一实施例，该波导功分器包括输入波导I、超材料板2和两输出波导3、4，从输入波导I射入的电磁波经过超材料板2，超材料板2通过其上设置的对电磁波具有不同响应的两种人造微结构的排布设计，实现电磁波分裂成两束电磁波经输出波导3、4射出。输入波导I和输出波导3、4 一般采用矩形波导和圆波导，也可以是椭圆波导或者截面为其他形状的波导，本实施例中，输入波导I为圆波导，输出波导3、4采用了矩形波导，输入波导I设置在超材料板2的一侧，两输出波导3、4的处于同一平面，它们的开口朝向与输入波导I相同，设置于超材料板的另一侧。图2所示为本专利技术波导功分器的第二实施例，该实施例中波导功分器与第一实施例相比只在输出波导设置上存在差异，在第二实施例中，输出波导3、4同输入波导I 一样采用了圆波导方式，能够覆盖更宽的频段，并且衰减减少。图3所示为本专利技术波导功分器中超材料板的结构示意图，超材料板2由一个或多个厚度相同的超材料片层构成，图3所示超材料板2由七片超材料片层构成。每个超材料片层包括等厚片状的基材21,还包括附着在基材21如表面上或者嵌入在基材21内部中间的多个人造微结构22，人造微结构22包括第一人造微结构221和第二人造微结构222。利用一垂直于基材21的平面即分界面23将基材21分成两部分，在第一部分上具有第一人造微结构221，在第二部分上具有第二人造微结构222，且第一人造微结构221和第二人造微结构222以该平面为分界面23对称分布。第一人造微结构221有多个，且具有完全相同的几何形状，并相互平行地均匀分布在基材21的第一部分表面上。第二人造微结构222也具有多个，数量与第一人造微结构221相同，并相互平行地均匀分布在基材21的第二部分表面上，且分别与各个第一人造微结构221 —一对应地相对于分界面23对称。这里的均匀分布是指，任一人造微结构22与其周围几个人造微结构22之间的间隔距离，和其他人造微结构22与其周围几个人造微结构22之间的间隔距离都是相同的，换句话说，也就是每个人造微结构22所占据的基材21部分是相同的。这里的相互平行是指，每个人造微结构22上任意两点的连线，与另一人造微结构22上相应两点的连线平行，或者说，每个人造微结构22通过在基材21上水平和竖直移动可最终与任意另一人造微结构22重合。每个人造微结构22是由细而薄的金属丝组成的，这些金属丝在基材21前表面上 或基材21内部组成一定的几何形状，与所附着占据的基材21部分一起构成一个超材料单元24，这个超材料单元24具有一个不同于附着基材21自身的等效介电常数和等效磁导率，可对电磁场产生不同的响应。因此，超材料片层也可看做是由多个这样的完全相同的超材料单元24无缝结合起来的，通过所有超材料单元24的共同响应，使超材料板2实现对电磁波的分裂。要使电磁波分裂，即使得两束电磁波均向远离分界面23的位置平移最终分裂，如图4所示。因此，对于分界面23任一侧的超材料板都必须具备使电磁波平移的条件。出射电磁波相对于入射电磁波平移，需要具备两个条件，其一是分界面23任一侧的超材料板对电磁波呈各向异性。由于该超材料板是由规则排布的超材料片层组成的，片层的分布是均匀且平行的，而每个片层上的人造微结构22的分布也是均匀且平行的，因此，只要每个人造微结构22自身的结构为各向异性，则该超材料板就会呈现各向异性的特征；若人造微结构22为各向同性结构，则该超材料板体现出各向同性的特征。对于平面结构的人造微结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波导功分器，其特征在于，包括：一输入波导；两输出波导，处于同一平面且与所述输入波导的开口朝向相同；以及，位于所述输入波导与输出波导之间的由至少一个超材料片层构成的超材料板，所述超材料片层包括片状的非金属的基材及附着在所述基材上的多个人造微结构，所述人造微结构包括处于一垂直于所述片状基材的平面即分界面两侧的第一人造微结构和第二人造微结构，所述第一人造微结构和第二人造微结构有多个，且其各自具有相同的折射率椭球，同时其各自的折射率椭球的非寻常光光轴相互平行；每个所述第一人造微结构和第二人造微结构均为非90度旋转对称结构，二者的折射率椭球的非寻常光光轴的夹角不为零或180度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，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：