专利名称：一种基于超材料的电磁波束调制方法
一种基于超材料的电磁波束调制方法
技术领域：
本发明涉及电磁波技术领域，特别涉及一种基于超材料的电磁波束调制方法。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人们的生活中，例如通讯、饮食、交通、网络等方面。超材料作为一种新兴材料，由于具有天然材料所不具备的超常物理性质，可以对电场、或者磁场、或者电场和磁场同时进行响应，从而在电磁波技术的应用中扮演着重要的角色。超材料对电场的响应取决于超材料的介电常数，而对磁场的响应取决于超材料的磁导率。因此通过对超材料空间中每一点的介电常数与磁导率的控制，可以实现对电磁波的控制。现有技术中，通过电磁透镜天线或者反射天线对电磁波束进行调制。但是在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现现有技术中采用的电磁波束调制设备体积大、对形状也有很高的要求，难以灵活设计。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种基于超材料的电磁波束调制方法，能够灵活的对超材料空间中的电磁参数进行精确的控制，实现对电磁波束的调制。为解决上述技术问题，本发明一实施例提供了一种基于超材料的电磁波束调制方法，包括根据折射率与电磁参数之间的关系，获取电磁波束按预设方向偏折所对应的电磁参数分布曲线；以电磁参数均勻分布的材料为基板，根据所述电磁参数分布曲线在所述基板上布孔，对所述电磁波束进行调制。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点通过已知的折射率与电磁参数之间的关系，得出电磁波束按预设方向偏折所对应的电磁参数分布曲线，然后根据电磁参数分布曲线在电磁参数均勻分布的基板上布孔，从而可以控制基板上布孔区域的电磁参数分布，实现对电磁波束的调制，设计灵活，简单方便。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本发明实施例一提供的一种基于超材料的电磁波束调制方法流程图；图2是本发明实施例二提供的一种基于超材料的电磁波束调制方法流程图；图3是本发明实施例二提供的布孔后的基板对平行电磁波进行发散的示意图4是本发明实施例三提供的一种基于超材料的电磁波束调制方法流程图；图5是本发明实施例三提供的布孔后的基板对平行电磁波进行会聚的示意图； 图6是本发明实施例提供的布孔后的基板对平行电磁波进行发散的示意图7是本发明实施例提供的布孔后的基板对平行电磁波进行会聚的示意图。
具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。首先，为了本领域技术人员更好的理解本发明的技术方法，首先对本发明的技术方案进行简要介绍由于电磁波的折射率η与成正比关系(其中ε为介电常数，μ为磁导率)，当电磁波束由一种介质传播到另外一种介质时，电磁波束会发生折射，因此，当物质内部的介电常数和磁导率，即电磁参数分布非均勻时，电磁波束就会发生偏折。本发明技术方案根据所需电磁波束偏折方向，以及η与成正比的关系，得到电磁参数分布曲线，然后根据该电磁参数分布曲线在均勻介质基板上布孔的方式，通过改变孔内填充材料与基板材料的体积比，改变介质基板的电磁参数分布，当有电磁波束通过介质基板时，电磁波束就会按照所需的方向偏折，从而实现对电磁波束的调制。实施例一、参见图1，为本发明实施例一提供的一种基于超材料的电磁波束调制方法流程图，该电磁波束调制方法包括如下步骤SlOl 根据折射率与电磁参数之间的关系，获取电磁波束按预设方向偏折所对应的电磁参数分布曲线。其中，电磁参数包括介电常数和磁导率。其中，电磁参数分布曲线为抛物线，或者类似抛物线的曲线。其中，基板可以为陶瓷、云母、高分子材料、或者金属氧化物。S102 以电磁参数均勻分布的材料为基板，根据电磁参数分布曲线在基板上布孔， 对电磁波束进行调制。其中，孔的横截面为任意形状，各孔内所填充的材料种类可以相同或者不同。打孔之后的基板形成新的超材料，其电磁参数分布会改变，当有电磁波束经过该超材料时，电磁波束会沿着预设的方向会聚或发散。本实施例中，通过已知的折射率与电磁参数之间的关系，得出电磁波束按预设方向偏折所对应的电磁参数分布曲线，然后根据电磁参数分布曲线在电磁参数均勻分布的基板上布孔，从而可以控制基板上布孔区域的电磁参数分布，实现对电磁波束的调制，设计灵活，简单方便。实施例二、参见图2，为本发明实施例二提供的一种基于超材料的电磁波束调制方法流程图， 该电磁波束调制方法包括如下步骤
S201 根据折射率与电磁参数之间的关系，获取电磁波束按预设方向发散所对应的电磁参数分布曲线。其中，电磁参数分布曲线为开口向上的抛物线，或者与开口向上的抛物线类似的曲线。S202 根据S201步骤获得的电磁参数分布曲线，在基板上按照从中间位置到两边位置孔内填充材料与基板材料的体积比不断减小的条件布孔，对电磁波束进行发散。具体的，在基板上按照如下条件布孔在基板上的每个带状区域内，孔内填充材料与基板材料的体积比从中间位置到两边位置不断减小；在每个带状区域内两个相邻的第一区域与第二区域满足第一区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从Xl连续减小到χ2， 第二区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从χ3连续减小到χ4，且满足χ2 < χ3。其中，在基板上布孔之前，还包括预设孔内填充材料的介电常数小于基板材料的介电常数，孔内可以填充相同种类的材料或者不同种类的材料，只要孔内填充材料后电磁参数分布，与电磁波束按预设方向发散所对应的电磁参数分布曲线相对应即可，在具体的实施过程中根据具体的要求进行选择。其中孔的直径一般在λ /10与λ之间，其中λ为电磁波的波长。可以理解的是，在基板上布孔时，当孔的体积大时，孔的数量的密度相应的减小， 当孔的体积小时，孔的数量的密度相应的增大。本实施例中，已知的折射率与电磁参数之间的关系，得出电磁波束按预设方向偏折所对应的电磁参数分布曲线，然后根据电磁参数分布曲线在电磁参数均勻分布的基板上布孔，通过改变孔内填充材料与基板材料的体积比例，实现对电磁波的发散，设计灵活， 简单方便。实施例三、参见图3，为本发明实施例三提供的一种基于超材料的电磁波束调制方法流程图， 该电磁波束调制方法包括如下步骤S301 根据折射率与电磁参数之间的关系，获取电磁波束按预设方向会聚所对应的电磁参数分布曲线。其中，电磁参数分布曲线为开口向下的抛物线；或者与开口向下的抛物线类似的曲线。S302 根据S301步骤获得的电磁参数分布曲线，在基板上按照从中间位置到两边位置孔内填充材料与基板材料的体积比不断增大的条件布孔，对电磁波束进行会聚。具体的，在基板上按照如下条件布孔在基板上的每个带状区域内，孔内填充材料与基板材料的体积比从中间位置到两边位置不断增大；在每个带状区域内两个相邻的第一区域与第二区域满足第一区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从Xl连续增大到x2， 第二区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从x3连续增大到x4，且满足x2 > x3。其中，在基板上布孔之前，还包括预设孔内填充材料的介电常数小于基板材料的介电常数，孔内可以填充相同种类的材料或者不同种类的材料，只要孔内填充材料后电磁参数分布，与电磁波束按预设方向会聚所对应的电磁参数分布曲线相对应即可，在具体的实施过程中根据具体的要求进行选择。其中孔的直径一般在λ /10与λ之间，其中λ为电磁波的波长。
可以理解的是，在基板上布孔时，当孔的体积大时，孔的数量的密度相应的减小， 当孔的体积小时，孔的数量的密度相应的增大。本实施例中，已知的折射率与电磁参数之间的关系，得出电磁波束按预设方向偏折所对应的电磁参数分布曲线，然后根据电磁参数分布曲线在电磁参数均勻分布的基板上布孔，通过改变孔内填充材料与基板材料的体积比例，实现对电磁波的会聚，设计灵活，简单方便。实施例四、参见图4，为本发明实施例四提供的一种基于超材料的电磁波束调制方法流程图， 该电磁波束调制方法包括如下步骤S401 根据折射率与电磁参数之间的关系，获取电磁波束按预设方向发散所对应的电磁参数分布曲线。其中，电磁参数分布曲线为开口向上的抛物线；或者与开口向下的抛物线类似的曲线。S402 根据S401步骤获得的电磁参数分布曲线，在基板上按照从中间位置到两边位置孔内填充材料与基板材料的体积比不断增大的条件布孔，对电磁波束进行发散。具体的，在基板上按照如下条件布孔在基板上的每个带状区域内，孔内填充材料与基板材料的体积比从中间位置到两边位置不断增大；在每个带状区域内两个相邻的第一区域与第二区域满足第一区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从Xl连续增大到 x2，第二区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从x3连续增大到x4，且满足x2 > x3。其中，在基板上布孔之前，还包括预设孔内填充材料的介电常数大于基板材料的介电常数，孔内可以填充相同种类的材料或者不同种类的材料，只要孔内填充材料后电磁参数分布，与电磁波束按预设方向发散所对应的电磁参数分布曲线相对应即可，在具体的实施过程中根据具体的要求进行选择。其中孔的直径一般在λ /10与λ之间，其中λ为电磁波的波长。可以理解的是，在基板上布孔时，当孔的体积大时，孔的数量的密度相应的减小， 当孔的体积小时，孔的数量的密度相应的增大。本实施例相对于实施例二，孔内填充材料的介电常数大于基板材料的介电常数。实施例五、参见图5，为本发明实施例五提供的一种基于超材料的电磁波束调制方法流程图， 该电磁波束调制方法包括如下步骤S501 根据折射率与电磁参数之间的关系，获取电磁波束按预设方向会聚所对应的电磁参数分布曲线。其中，电磁参数分布曲线为开口向下的抛物线；或者与开口向下的抛物线类似的曲线。S502 根据S501步骤获得的电磁参数分布曲线，在基板上按照从中间位置到两边位置孔内填充材料与基板材料的体积比不断减小的条件布孔，对电磁波束进行会聚。具体的，在基板上按照如下条件布孔在所述基板上的每个带状区域内，孔内填充材料与基板材料的体积比从中间位置到两边位置不断减小；在每个带状区域内两个相邻的第一区域与第二区域满足第一区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从Xl连续减小至Ijx2，第二区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从x3连续减小到x4，且满足x2<x3。其中，在基板上布孔之前，还包括预设孔内填充材料的介电常数大于基板材料的介电常数，孔内可以填充相同种类的材料或者不同种类的材料，只要孔内填充材料后电磁参数分布，与电磁波束按预设方向会聚所对应的电磁参数分布曲线相对应即可，在具体的实施过程中根据具体的要求进行选择。其中孔的直径一般在λ /10与λ之间，其中λ为电磁波的波长。可以理解的是，在基板上布孔时，当孔的体积大时，孔的数量的密度相应的减小， 当孔的体积小时，孔的数量的密度相应的增大。本实施例相对于实施例三，孔内填充材料的介电常数大于基板材料的介电常数。参见图6，为本发明实施例提供的布孔后的基板对平行电磁波进行发散的示意图。如图所示基板的带状区域601存在8个折射率连续变化的子区域。第一个区域的折射率从nl连续减小到π2，第二个区域的折射率从π3连续减小到η4，第三个区域的折射率从η5连续减小到η6，第四个区域的折射率从π7连续减小到η8，其中η2 < η3,η4 < η5, η6 < η7 ；第五个区域的折射率从η8连续增大到η15，第六个区域的折射率从η14连续增大到η13，第七个区域的折射率从η12连续增大到nil，第八个区域的折射率从nlO连续增大到n9，其中nl5 >nl4，nl3 >nl2，nll >η10。当平行电磁波入射时，基板上布孔后所得的超材料具有上述折射率分布规律时，出射电磁波均向第四个区域与第五个区域的交界处发散。本发明中各个子带状区域内的超材料的折射率既可以为线性连续变化，也可以为非线性连续变化。参见图7，为本发明实施例提供的布孔后的基板对平行电磁波进行会聚的示意图。如图所示基板的带状区域701存在8个折射率连续变化的子区域。第一个区域的折射率从nl连续增大到π2，第二个区域的折射率从n3连续增大到η4，第三个区域的折射率从η5连续增大到η6，第四个区域的折射率从η7连续增大到η8，其中η2 > η3,η4 > η5, η6 > η7 ；第五个区域的折射率从η8连续减小到η15，第六个区域的折射率从η14连续减小到η13，第七个区域的折射率从η12连续减小到nil，第八个区域的折射率从nlO连续减小到n9，其中nl5 <nl4，nl3 <nl2，nll <η10。当平行电磁波入射时，基板上布孔后所得的超材料具有上述折射率分布规律时，出射电磁波均向第四个区域与第五个区域的交界处会聚。本发明中各个子带状区域内的超材料的折射率既可以为线性连续变化，也可以为非线性连续变化。以上针对基板上的孔内填充材料的介电常数小于基板的介电常数情况列举实施例进行了描述，在具体的实施过程中，并不限于的孔内填充材料的介电常数小于基板的介电常数。当的孔内填充材料的介电常数大于基板的介电常数，可以根据上述实施例得出相对应的实施例，此处不再赘述。以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想； 同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种基于超材料的电磁波束调制方法，其特征在于，包括根据折射率与电磁参数之间的关系，获取电磁波束按预设方向偏折所对应的电磁参数分布曲线；以电磁参数均勻分布的材料为基板，根据所述电磁参数分布曲线在所述基板上布孔， 对所述电磁波束进行调制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电磁参数分布曲线在所述基板上布孔之前，还包括预设在所述基板上布的孔内所填充材料的介电常数小于所述基板的介电常数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述电磁参数分布曲线在所述基板上布孔，包括当所述电磁参数分布曲线为开口向上的抛物线或者类似抛物线的曲线时，在所述基板上按照如下条件进行布孔在所述基板上的每个带状区域内，孔内填充材料与基板材料的体积比从中间位置到两边位置不断减小；在每个带状区域内两个相邻的第一区域与第二区域满足第一区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从Xl连续减小到x2，第二区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从x3连续减小到x4，且满足x2 < x3。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述电磁波束进行调制，包括对所述电磁波进行发散。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述电磁参数分布曲线在所述基板上布孔，包括当所述电磁参数分布曲线为开口向下的抛物线或者类似抛物线的曲线时，在所述基板上按照如下条件进行布孔在所述基板上的每个带状区域内，孔内填充材料与基板材料的体积比从中间位置到两边位置不断增大；在每个带状区域内两个相邻的第一区域与第二区域满足第一区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从Xl连续增大到x2，第二区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从x3连续增大到x4，且满足x2 > x3。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述电磁波束进行调制，包括对所述电磁波束进行会聚。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电磁参数分布曲线在所述基板上布孔之前，还包括预设在所述基板上布的孔内所填充材料的介电常数大于所述基板的介电常数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述电磁参数分布曲线在所述基板上布孔，包括当所述电磁参数分布曲线为开口向上的抛物线或者类似抛物线的曲线时，在所述基板上按照如下条件进行布孔在所述基板上的每个带状区域内，孔内填充材料与基板材料的体积比从中间位置到两边位置不断增大；在每个带状区域内两个相邻的第一区域与第二区域满足第一区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从Xl连续增大到x2，第二区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从x3连续增大到x4，且满足x2 > x3。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述电磁波束进行调制，包括对所述电磁波进行发散。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述电磁参数分布曲线在所述基板上布孔，包括当所述电磁参数分布曲线为开口向下的抛物线或者类似抛物线的曲线时，在所述基板上按照如下条件进行布孔在所述基板上的每个带状区域内，孔内填充材料与基板材料的体积比从中间位置到两边位置不断减小；在每个带状区域内两个相邻的第一区域与第二区域满足第一区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从Xl连续减小到χ2，第二区域的孔内填充材料与基板材料的体积比从x3连续减小到χ4，且满足χ2 < χ3。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述电磁波束进行调制，包括对所述电磁波束进行会聚。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板上的各孔中所填充的材料种类相同或者不同。
全文摘要
本发明实施例提供了一种基于超材料的电磁波束调制方法，包括根据折射率与电磁参数之间的关系，获取电磁波束按预设方向偏折所对应的电磁参数分布曲线；以电磁参数均匀分布的材料为基板，根据所述电磁参数分布曲线在所述基板上布孔，对所述电磁波束进行调制。以灵活对超材料空间中的电磁参数进行精确的控制，进而实现对电磁波束的调制。
文档编号H01Q15/00GK102480015SQ201110121008
公开日2012年5月30日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者刘若鹏, 张贤高, 缪锡根, 赵治亚 申请人:深圳光启创新技术有限公司, 深圳光启高等理工研究院