[发明专利]汇聚电磁波的非均匀超材料

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种汇聚电磁波的非均匀超材料。

背景技术

超材料是一种新型材料，是由基板和附着在基板表面上或嵌入在基板内部的多个人造微结构构成的。基板对人造微结构起到支撑作用，可为任何与人造微结构不同的材料，这两种材料的叠加会在空间中产生一个等效介电常数与磁导率，通过设计超材料中的每个人造微结构的形状和排布规律，就可设计超材料中每一点的等效介电常数和等效磁导率。。

电磁波的折射率与物质的介电常数和磁导率有关系，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，通过改变折射率在材料中的分布，可以达到改变电磁波的传播路径的目的。

现有技术对于实现电磁波的汇聚是利用聚焦天线完成的，但聚焦天线存在以下缺点：体积大而且较重，不利于小型化的使用；对于形状有很大的依赖性，很难进行灵活的设计；损耗很大，介质容易老化，成本较高。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种汇聚电磁波的非均匀超材料，体积较小，使用方便灵活。

为解决上述技术问题，提供了一种汇聚电磁波的非均匀超材料，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基板和多个附着在所述基板上的人造微结构，所述功能层分成多个带状区域，在每个所述带状区域内所述超材料的折射率连续变化且每个带状区域内的折射率从超材料两侧向中心方向连续变大，且多个带状区域中至少存在两个相邻的第一区域及第二区域，第一区域的折射率从n1连续增大到n2，第二区域的折射率从n3连续增大到n4，且满足n2＞n3。

进一步地，所述超材料的功能层由多个折射率非均匀分布的超材料片层沿垂直于所述片层表面的方向堆叠形成。

进一步地，每个所述人造微结构为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构。

进一步地，所述金属丝为铜丝或银丝。

进一步地，所述金属丝通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基板上。

进一步地，所述基板由陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制得。

进一步地，所述人造微结构为轴对称结构。

进一步地，所述人造微结构为“工”字形、“十”字形或“王”字形。

进一步地，所述人造微结构为非轴对称结构包括不等边三角形、平行四边形或不规则闭合曲线。

进一步地，所述超材料还包括分别设置于所述功能层两侧的阻抗匹配层。

上述技术方案至少具有如下有益效果：本发明的非均匀超材料设置多个区域，每个区域内的折射率连续变化且每个带状区域内的折射率从超材料两侧向中心方向连续变大，可以实现电磁波在各个区域内向超材料中心方向汇聚。本发明的非均匀超材料可方便灵活的实现电磁波的汇聚，其体积较小、制造工艺简单、设计方便灵活且可大规模生产。

附图说明

图1是本发明的非均匀超材料对平行电磁波进行汇聚的示意图。

图2是本发明的非均匀超材料对发散电磁波进行汇聚的示意图。

图3是本发明的非均匀超材料使电磁波汇聚到一点的示意图。

图4是本发明的超材料的第一实施例的结构示意图。

图5是图4所示超材料的主视图。

图6是本发明的超材料的第二实施例的主视图。

具体实施方式

电磁波的折射率与成正比关系，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，通过改变折射率在材料中的分布，可以达到改变电磁波的传播路径的目的。

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1。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1上阵列排布，每个人造微结构2以及其所附着的基板1所占部分即为一个超材料单元。基板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和折射率进行设置。