[发明专利]阻抗匹配元件

说明书

技术领域

本发明涉及电磁通讯领域，更具体地说，涉及一种利用超材料制成的阻抗匹配元件。

背景技术

随着科学技术的不断发展，电磁波技术逐渐深入到我们生活的各个方面。电磁波的一个重要的特性是它可以在任何的介质或真空中传播。在电磁波从发射端传播至接收端过程中，能量的损耗直接影响电磁信号传播的距离以及传输信号的质量。

当电磁波经过同一介质时，基本没有能量的损失；而当电磁波经过不同介质的分界面时，会发生部分反射现象。通常两边介质的电磁参数(介电常数或者磁导率)差距越大反射就会越大。由于部分电磁波的反射，沿传播方向的电磁能量就会相应损耗，严重影响电磁信号传播的距离和传输信号的质量。

研究阻抗匹配就是为了减少电磁波在经过不同介质边界时的信号发射问题。但目前关于电磁波传输过程中的阻抗匹配问题的研究还仅限于电路中，对于空间传播时的阻抗匹配问题还没有较成熟的技术。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种阻抗匹配元件，可减少电磁波在经过不同介质边界时能量的损耗。

为解决上述技术问题，提供了一种阻抗匹配元件，设置于第一介质与第二介质之间，所述元件由多个相互平行的超材料片层沿垂直于所述片层表面方向堆叠形成，所述超材料片层包括片状的基材和多个附着在所述基材上的人造微结构，首位片层和末尾片层的阻抗分别与第一介质和第二介质的阻抗相同，首位片层附着有多个具有第一图形的人造微结构，末尾片层附着有多个具有第二图形的人造微结构，中间若干片层所附着的人造微结构的图形为第一图形和第二图形的组合，沿片层堆叠方向第一图形连续减小且第二图形连续增大。

进一步地，所述第一介质和第二介质都为均匀介质，所述元件由多个阻抗均匀分布的超材料片层构成。

进一步地，所述人造微结构为附着在基材上的具有特定图形的金属线，所述金属线为铜线或银线。

进一步地，所述金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基材上。

进一步地，所述基材由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F46复合材料制得。

进一步地，所述首位和/或末尾超材料片层的人造微结构为轴对称结构。

进一步地，所述第一图形为正立的“工”字形、“H”形或“王”字形，所述第二图形相应地为“工”字形、“H”形或“王”字形经90度旋转后的图形。

上述技术方案至少具有如下有益效果：本发明实施例的阻抗匹配元件的多个超材料片层堆叠形成阻抗渐变层，将此阻抗匹配元件设置于两介质间将消除两介质的阻抗突变，进而解决了电磁波在经过两介质分界面时发生反射而导致电磁波能量损耗的问题。

附图说明

图1是本发明的阻抗匹配元件一实施例的结构示意图。

图2是图1所示的阻抗匹配元件的主视图。

图3是图1所示的阻抗匹配元件的侧视图。

图4是图3所示的阻抗匹配元件的A-A剖视图。

图5是本发明实施例的阻抗匹配元件的应用示意图。

具体实施方式

当电磁波在同一介质传播时，基本没有能量的损失；而当电磁波经过不同介质的分界面时，会发生部分反射现象。通常两边介质的电磁参数(介电常数或者磁导率)差距越大反射就会越大。由于部分电磁波的反射，沿传播方向的电磁能量就会相应损耗，严重影响电磁信号传播的距离和传输信号的质量。本发明涉及一种采用超材料制成的阻抗匹配元件，用以解决电磁波在空间传播过程中经过不同介质分界面时发生部分反射而导致电磁波能量损耗的问题。

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，包括由具有一定图形的金属丝构成的人造微结构2和供人造微结构附着的基材1。多个人造微结构2在基材1上阵列排布，每个人造微结构2以及其所附着的基材1所占部分即为一个晶格。基材1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晶格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晶格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形所具有的拓扑特征和其几何尺寸。