[发明专利]一种可调谐全介质各向同性相位控制器及相位控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁波相位控制器，属于电磁波控制技术领域。

背景技术

对电磁波的传播实现随心所欲并且精确有效的控制一直是人类追求的目标。长期以来，人们利用具有均一的物理特性的介质制作光学透镜，实现了对可见光传播路径的控制。当然其效果并不是完全理想的，它受到介质性质均一性的制约，无法对电磁波的相位进行有效的控制。近年来，超材料（Metamaterials）的发展使人们能够实现自然界所不存在的奇异电磁特性，其中零折射超材料显示了其在相位控制、波形修整等方面的突出应用效果，是当前研究领域中的前沿与热点问题。零折射超材料能够使在其中传播的电磁波在介质界面处发生零折射效应，从而使出射电磁波沿界面的法线方向传播，这对于改善了天线和波源的方向性、调制电磁波相位等具有重要意义，能够广泛应用于电磁波控制领域。

目前有关零折射效应的研究主要集中于各向异性零折射效应，其电磁参数在某一方向上为0，而在正交的另外两个方向上为1。这使得其无法控制介质中的相位，且各向异性的电磁性质会使其在应用中受到较大制约。另外对于已经在研究中实现的各向异性零折射效应，金属结构单元是构成超材料的基本结构单元。金属具有较大的欧姆损耗，这在可见光频段会大大降低其可测量性；且金属结构单元其结构一旦确定，零折射效应产生的频段也随之确定，因而不具有可调谐性。可见，由金属结构单元构成的各向异性超材料并不适合于构造相位控制器。因此，设计一种可调谐全介质各向同性的相位控制器就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于利用介质颗粒的谐振效应实现有效介电常数或有效磁导率为零，从而实现对电磁波相位的控制；利用介质颗粒介电常数对温度的敏感响应特性，通过温控装置调节温度，从而实现不同频段的电磁波相位的控制。

本发明的技术方案如下：

一种可调谐全介质各向同性相位控制器，其特征在于：该相位控制器由基板、介质颗粒以及温控装置组成；基板上加工有周期性圆形阵列排布或椭圆形阵列排布的小孔，介质颗粒置于小孔中；基板及介质颗粒放置于温控装置中。

本发明所述的可调谐全介质各向同性相位控制器，其特征还在于：所述介质颗粒为陶瓷介电颗粒，且在25℃时的微波介电常数为195～750，其形状为边长0.5～3.0mm的立方介质块或直径为0.5～3.0mm的介质球。

本发明所述的可调谐全介质各向同性相位控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）利用磨削切割技术将陶瓷柱体加工成边长0.5～3.0mm的立方介质块或直径为0.5～3.0mm的介质球；

2）利用数控雕刻技术加工出基板，并在基板上加工出周期性圆形阵列排布或椭圆形阵列排布的小孔，小孔的尺寸与介质颗粒的尺寸相匹配；

3）在小孔中逐一填充介质颗粒，并将基板及介质颗粒放置于温控装置中，利用介质颗粒的谐振效应实现有效介电常数或有效磁导率为零，实现对电磁波相位的控制；通过温控装置调节温度，利用介质颗粒介电常数对温度的敏感响应特性，实现不同频段的电磁波相位的控制。

本发明具有以下优点及突出性效果：本发明利用介质颗粒的谐振效应实现了有效介电常数或有效磁导率为零，从而实现了对电磁波相位的控制；利用介质颗粒介电常数对温度的敏感响应特性，通过温控装置调节温度，从而实现了不同频段的电磁波相位的控制。本发明提供了一种可调谐全介质各向同性相位控制器及相位控制方法，实现了超材料在应用领域的发展，并将应用于电磁波相位控制、波源位置的伪装等研究方向。

附图说明

图1为可调谐全介质各向同性相位控制器示意图。

图2为相位控制器在不同温度下的有效折射率色散曲线（介质颗粒介电常数为121，介质颗粒边长为1.84mm，颗粒间空隙约为2mm）。

图3为圆形相位控制器控制效果示意图。

图4为椭圆形相位控制器控制效果示意图。

图5为相位控制器测试效果图（非工作频段）。

图6为相位控制器测试效果图（工作频段）。

图中：1－介质颗粒；2－基板；3－小孔；4－温控装置；5－极子天线；6－电磁波等相位面。

具体实施方式