[发明专利]一种基于电磁谐振结构的可调固态电磁真空材料

说明书

本发明公开了一种基于电磁谐振结构的可调固态电磁真空材料。包括基本单元，金属结构为柱体，金属结构包括表面金属板、金属连接柱和内部金属板，两表面金属板在金属结构柱体顶底面，两金属连接柱位于金属结构中心轴线且上下布置，两内部金属板位于金属结构中心且上下布置，两金属连接柱分别连接两内部金属板，两个内部金属板间连接变容二极管，两块内部金属板周围有环形金属结构，环形金属结构由上下两个金属环通过四角连接金属柱连接构成。本发明能通过施加不同电压调控为“电磁真空”或者“金属颗粒”模式，通过电压调控变容二极管容值实现模式调控，直接通过结构尺寸缩放拓展到射频、太赫兹乃至光波等各个频段，应用广泛。

技术领域

本发明属于电磁材料和电磁透明研究领域的一种电磁可调材料，具体涉及一种基于电磁谐振结构的可调固态电磁真空材料。

背景技术

自然界中的物体对电磁波存在不同的作用，反射、折射以及损耗，因此在观察者视角中，不同物体或者媒质会表现出不同的样子。而物体或者媒质的电磁特性可以被描述为介电常数和磁导率。自由空间的介电常数和磁导率均为1，此时，电磁波不会发生反射、折射以及损耗，而自然界中的几乎所有媒质的电磁特性都不同于自由空间，因此这些媒质总是存在反射、折射以及损耗。如果存在一种实体物质，使其电磁特性，即介电常数和磁导率均为1，那么这种物质虽然可以被触觉感知，但是却可以不被电磁波感知，那么这种物质就可以被称为固态的“电磁真空”材料。同理，如果一个媒质存在极大的反射，如同金属颗粒表现出来的性质，那么这种媒质就可以被视为“金属颗粒”材料。

电磁材料是近年来电磁学领域的研究热点，已经研究产生了各种等效介电常数和磁导率都可以随意控制的人工电磁材料，三维固态的“电磁真空”材料也被深入研究，但是这种材料仅仅具有“电磁真空”特性，无法在制作完成后实现电磁结构的再调控，这极大地限制了三维固态“电磁真空”材料的应用。而电可调控的电磁真空和全不透明研究还仅停留在二维平面阶段，同样将可重构的电磁结构材料限制在平面的应用中。

波导是电磁学领域应用广泛的器件，但是对于一个固定的波导器件，一旦设计制作，其参数和尺寸就完全固定，作用也就相对单一。这意味着不同条件下可能需要很多的波导器件。如果利用每个单元都可重构为“电磁真空”和“金属颗粒”的材料，那么就可以根据需要重构出需要的波导器件，如波导衰减器，定向耦合器，波导功分器等器件，实现一个器件的多用途化。同时，可重构的电磁结构材料还可应用于天线罩，天线，暗室支撑材料等领域。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于电谐振单元的固态“电磁真空”和“金属颗粒”的可调控材料，可以实现结构内任意单元电磁透明和电磁全反射之间切换，从而通过结构本身和电压偏置的设置来构造出任意可能的电磁结构，通过电压调控变容二极管容值实现模式调控，直接通过结构尺寸缩放拓展到射频、太赫兹乃至光波等各个频段，能被广泛用于电磁材料等相关应用领域。

本发明采用的技术方案如下：