专利名称：基于超材料的波导装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁波传播，更具体地说，涉及一种波导装置。
背景技术：
波导是电磁波传播的一种重要方式，实际中，是指一种可让电磁波进行高效传播的波导管。在某些应用场合，为了缩小波导管的尺寸，人们经常在波导管内填充介质。但是波导管内填充介质后，由于空气与填充介质的阻抗不同(也即阻抗不匹配)，从而导致在空气中传播的电磁波遇到填充介质时，会在填充介质表面上发生反射，不仅影响传播效率，而且反射波会对原波形成干扰，严重时还可损坏发射源。
发明内容
本发明针对以上所述的技术问题，提供一种基于超材料的波导装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于超材料的波导装置，包括波导管及设置于所述波导管内而将所述波导管的内部空间分隔为两段的分隔片，所述分隔片由超材料制成，所述超材料的阻抗等于或接近于空气的阻抗。优选地，所述分隔片倾斜放置。优选地，所述分隔片放置于与所述波导管的中心轴的方向形成一小于90度的夹角的位置。优选地，所述分隔片垂直放置。优选地，所述分隔片放置于与所述波导管的中心轴的方向垂直的位置。优选地，所述超材料包括介质基板和附着于所述介质基板的多个人工微结构。优选地，所述波导管内于所述分隔片的一侧填充水，以吸收传过所述分隔片的电磁波。优选地，所述波导管为金属管。优选地，所述介质基板由聚四氟乙烯或陶瓷制成。优选地，所述人工微结构是由金属线构成的具有一定拓扑形状的平面或立体结构。本发明基于超材料的波导装置具有以下有益效果所述波导管内设置了由超材料制成的分隔片，可让分隔片的阻抗等于或接近于空气的阻抗，则当电磁波从空气入射所述基于超材料的分隔片时，反射小、透射多，减小了对来波的干扰，更不会由于反射而损坏发射源。
下面将结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步说明。图I是本发明的基于超材料的波导装置的结构示意图；图2是本发明的用于制造分隔片的超材料的平面示意图。
图中各标号对应的名称为9波导装置、10波导管、20分隔片、22超材料、24介质基板、26人工微结构、28超材
料单元
具体实施例方式如图I所示，为本发明提供的基于超材料的波导装置9，其包括空心的波导管10及置于所述波导管10内而将所述波导管10的内部空间分隔为两段的分隔片20。一般，所述波导管10为金属管；而所述波导管10内于所述分隔片20两侧填充的介质是不一样的。在本实施例中，所述波导管10内于所述分隔片20的一侧填充空气，而于所述分隔片20的另一侧填充水，以作为吸波负载。图I中所示的分隔片20为倾斜放置，也即与所述波导管10 的中心轴A-A的方向形成一小于90度的夹角，这样，可增加填充介质与所述分隔片20的接触面积，让电磁波可以在较大的面积上传播，提高传播效率。事实上，所述分隔片20也可以垂直放置，如垂直于图I中的所述波导管10的中心轴A-A的方向。所述波导管10内于所述分隔片20两侧填充的介质不同，并由此引起电磁波反射， 主要是由于两者的阻抗不同。我们知道，超材料是一种在介质基板上周期性地排列具有一定几何形状的人工微结构如金属微结构来形成的人工复合材料。人们可以利用人工微结构的几何形状和尺寸以及排布方式来改变超材料空间各点的相对介电常数和/或相对磁导率，使其产生预期的电
磁响应，以控制电磁波的传播。而阻抗的公式为Z= ，其中μ为相对磁导率，ε为
相对磁导率。可见，我们可以用超材料来做所述分隔片20，使其阻抗等于或接近于空气的阻抗，这样，即可让电磁波在所述分隔片20内传播像在空气中传播一样,反射小、透射多。如图2所示，所述分隔片20包括超材料22。所述超材料22包括介质基板24和附着在介质基板24上的多个人工微结构26。一般,将每个人工微结构26及其所附着的介质基板24部分人为定义为一个超材料单元28，且每个超材料单元28的尺寸介于所需响应的电磁波波长的五分之一到十分之一之间，而所述人工微结构26的几何尺寸应与所述超材料单元28的几何尺寸属于同一数量级。所述介质基板24可由聚四氟乙烯等高分子聚合物或陶瓷材料制成。每个人工微结构26通常是由金属线构成的具有一定拓扑形状的平面或立体结构，并通过一定的加工工艺附着在所述介质基板24上，例如蚀刻、电镀、钻刻、光刻、 电子刻、离子刻等，而金属线的截面可以为扁平状或其他任意形状，如圆柱状。图2中所示的人工微结构26是由具有扁平状截面的金属线构成的平面结构，并呈周期性分布。为了降低电磁波在入射所述超材料22时的反射，就要让所述超材料22的阻抗接近于或等于空气的阻抗，也即，与空气的阻抗相匹配。我们知道，空气的相对介电常数ε和相对磁导率μ均略大于1，实际中常常近似取值为1，故由阻抗公式可得，空气的阻抗Z近似为I。对于所述超材料22来说，鉴于空间各点也即各个超材料单元28的相对介电常数 ε和相对磁导率μ的易改变性，本实施例中，我们采用大致呈雪花状的人工微结构26并通过调节每个超材料单元28的人工微结构26的几何尺寸，以使各个超材料单元28的相对介电常数ε和相对磁导率μ基本相等，具体地，我们可让各个超材料单元28的相对介电常数ε和相对磁导率μ均等于或接近于1，以使所述超材料22的阻抗等于或接近于空气的阻抗。由上可知，由于相对介电常数ε较低，我们称所述超材料22为低介电常数超材料。以上调节过程，我们可利用电脑仿真软件如CST来完成，而如呈雪花状的人工微结构26的几何尺寸的调节包括各条线的宽度及长短尺寸等，直至得到所述超材料22的阻抗等于或接近于空气的阻抗，也即，所述超材料22的阻抗与空气的阻抗相匹配，形成“固态空气”，这样，电磁波从空气入射所述由超材料22制成的分隔片20时反射小，而且由于电磁波在所述基于超材料的分隔片20中传播像在空气中传播一样,损耗小、传输效率高,透波率高。这样，由发射源(图未示)发出的电磁波传入所述波导管10内并到达所述基于超材料的分隔片20时，反射少、透射多地穿过所述分隔片20并传播至水中，且电磁波的能量全部被水吸收并转化为热，而热则可通过所述波导管10中的冷热水交换的方式带走，不会对原波形成干扰，更不可能损坏发射源。此外，所述分隔片20也可是由多层所述超材料22叠加而成。以上所述仅是本发明的若干具体实施方式
和/或实施例，不应当构成对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本思想的前提下，还可以做出若干改进和润饰，而这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于超材料的波导装置，包括波导管及设置于所述波导管内而将所述波导管的内部空间分隔为两段的分隔片，其特征在于，所述分隔片由超材料制成，所述超材料的阻抗等于或接近于空气的阻抗。
2.根据权利要求I所述的基于超材料的波导装置，其特征在于，所述分隔片倾斜放置。
3.根据权利要求2所述的基于超材料的波导装置，其特征在于，所述分隔片放置于与所述波导管的中心轴的方向形成一小于90度的夹角的位置。
4.根据权利要求I所述的基于超材料的波导装置，其特征在于，所述分隔片垂直放置。
5.根据权利要求2所述的基于超材料的波导装置，其特征在于，所述分隔片放置于与所述波导管的中心轴的方向垂直的位置。
6.根据权利要求I所述的基于超材料的波导装置，其特征在于，所述超材料包括介质基板和附着于所述介质基板的多个人工微结构。
7.根据权利要求I所述的基于超材料的波导装置，其特征在于，所述波导管内于所述分隔片的一侧填充水，以吸收传过所述分隔片的电磁波。
8.根据权利要求I所述的基于超材料的波导装置，其特征在于，所述波导管为金属管。
9.根据权利要求I所述的基于超材料的波导装置，其特征在于，所述介质基板由聚四氟乙烯或陶瓷制成。
10.根据权利要求I所述的基于超材料的波导装置，其特征在于，所述人工微结构是由金属线构成的具有一定拓扑形状的平面或立体结构。
全文摘要
本发明提供一种基于超材料的波导装置，包括波导管及设置于所述波导管内而将所述波导管的内部空间分隔为两段的分隔片，所述分隔片由超材料制成，所述超材料的阻抗等于或接近于空气的阻抗，这样，当电磁波从空气入射所述基于超材料的分隔片时，反射小、透射多，减小了对来波的干扰，更不会由于反射而损坏发射源。
文档编号H01P3/00GK102593563SQ20121005045
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者刘若鹏, 周添, 方小伟, 李星昆, 杨树坤, 赵治亚 申请人:深圳光启创新技术有限公司