[发明专利]一种波束分离元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种波束控制元件，尤其涉及一种波束分离元件。

背景技术

波束分离是指将辐射源辐射的电磁波转换为两束或多束向不同方向传播的电磁波。波束分离装置广泛的用于各类电子装置产品，例如雷达、微波天线等中。

现有的波束分离装置均通过非常复杂的系统来控制波束的分离，需要经过精密的设计和多个电子元器件的配合才能达到所需的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种易于实现、结构简单的波束分离元件。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是提出一种波束分离元件，其包括基材以及周期排布于基材上的多个人造金属微结构；所述波束分离元件包括一个圆形区域以及与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内折射率变化范围相同，均随着半径的增大，从所述波束分离元件所具有的最小折射率n_min连续增大到最大折射率n_max且相同半径处的折射率相同；所述波束分离元件上，以所述波束分立元件中心点为圆心，半径为r处的折射率为：

其中，L表示波束分离元件的长度，n表示L长度的波束分离元件截取的折射率变化周期数，波束分离元件上折射率由最小折射率变化到最大折射率为一个周期。

进一步地，所述人造金属微结构形状相同，所述多个人造金属微结构在所述波束分离元件上的排布规律为：所述波束分离元件包括一个圆形区域以及与所述圆形区域同心的多个环形区域，所述圆形区域和所述环形区域内人造金属微结构的尺寸变化范围相同，均随着半径的增大，从所述波束分离元件所具有的最小折射率n_min对应的人造金属微结构的最小尺寸连续增大到最大折射率n_max对应的人造金属微结构的最大尺寸，且相同半径处的人造金属微结构的尺寸相同。

进一步地，所述人造金属微结构的几何形状为“工”字形，包括竖直的第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支。

进一步地，所述几何形状还包括位于所述第二金属分支两端且垂直于所述第二金属分支的第三金属分支。

进一步地，所述人造金属微结构的几何形状为平面雪花型，包括相互垂直的两条第一金属分支以及位于所述第一金属分支两端且垂直于所述第一金属分支的第二金属分支。

进一步地，所述基材为高分子材料、陶瓷材料、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料。

进一步地，所述基材为FR-4材料或者F4B材料。

进一步地，所述人造金属微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻周期排布于所述基材上。

进一步地，所述人造金属微结构材质为铜或银。

进一步地，所述人造金属微结构材质为铝。

本发明通过利用超材料原理，设计波束分离元件上各点的折射率值使之具有分离波束的性能，具有结构简单且易于实现，无需各种额外的控制设备，节约成本的有益效果。

附图说明

图1为构成超材料的基本单元的立体结构示意图；

图2为本发明波束分离元件响应馈源发出的电磁波的示意图；

图3为本发明波束分离元件横截面折射率分布示意图；

图4为本发明波束分离元件纵截面折射率分布示意图；

图5为能对电磁波产生响应以改变超材料基本单元折射率的第一较佳实施方式的人造金属微结构的拓扑图案；

图5a为图5所示拓扑图案的衍生图案；

图6为能对电磁波产生响应以改变超材料基本单元折射率的第二较佳实施方式的人造金属微结构的拓扑图案；

图6a为图6所示拓扑图案的衍生图案；

图7为本发明波束分离元件的实验测试结果图。

具体实施方式

光，作为电磁波的一种，其在穿过玻璃的时候，因为光线的波长远大于原子的尺寸，因此我们可以用玻璃的整体参数，例如折射率，而不是组成玻璃的原子的细节参数来描述玻璃对光线的响应。相应的，在研究材料对其他电磁波响应的时候，材料中任何尺度远小于电磁波波长的结构对电磁波的响应也可以用材料的整体参数，例如介电常数ε和磁导率μ来描述。通过设计材料每点的结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不同从而使得材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料对电磁波具有宏观上的响应，例如汇聚电磁波、发散电磁波等。该类具有规律排布的磁导率和介电常数的材料我们称之为超材料。