专利名称：基于超材料的微波控制开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波信号控制领域，尤其涉及一种基于超材料的微波控制开关。
背景技术：
现有的微波控制开关是根据多普勒效应进行工作的由振荡电路产生一个固定的高频信号(一般为400-800MHZ)，经天线辐射到周围空间，当天线附近一定距离内有物体运动时，高频信号就会被运动物体发射回来再被天线接收，便原振荡电路的振荡频率和信号幅度产生变化，此变化信号经积分、放大、比较等处理后形成控制信号，使控制执行电路动作，达到自动控制的目的。该控制开关可用于对防盗报警器或照明灯的控制，但是其探测位置和精度都难以控制，容易发生漏报或误报情况，且会对附近的无线电设备造成一定的干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服现有微波控制开关对探测物的位置和探测精度难以控制的缺陷，提供一种基于超材料的微波控制开关，该开关能够精确的探测探测物的位置，亦能排除附近其他无线电设备的干扰。为了达到上述目的，本发明采用的如下技术方案基于超材料的微波控制开关，所述微波控制开关包括开关控制模块、天线，所述天线接收外界的电磁波信息经过所述开关控制模块进行处理以并反映电磁波信息，所述微波控制开关还包括一微波调制模块，所述开关控制模块、天线以及微波调制模块依次相连。进一步地，所述微波调制模块由多个具有相同折射率的超材料片层组成。进一步地,所述每一超材料片层均由多个超材料单元组成。进一步地，所述超材料单元由人造微结构以及供所述人造微结构附着的单元基材组成。进一步地，所述每一超材料片层内的人造微结构的尺寸在其超材料单元内的分布规律为以每一超材料片层的中心为圆心，随着半径的逐渐增加，所在超材料单元内的人造微结构的尺寸逐渐减小，且相同半径处的超材料单元内的人造微结构的尺寸相同。进一步地，所述每一超材料片层内的折射率分布规律为以每一超材料片层的中心为圆心，随着半径的逐渐增加，折射率逐渐减小，且相同半径处具有相同的折射率值。进一步地，所述人造微结构为由至少一根对电磁波有响应的金属丝组成的平面结构或立体结构，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单元基材上。进一步地，所述人造微结构为雪花状结构或雪花状衍生状。进一步地，所述单元基材由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F4B复合材料制得。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果本发明一种基于超材料的微波控制开关，通过在天线前面设置一微波调制模块，并采用超材料介质来实现微波调制模块内部的折射率分布情况，使得所述微波调制模块能够对电磁信号进行汇聚调制，从而达到微波能量更加集中，方向性更强，能够精确的探测探测物的位置，且避免了附近无线电设备的干扰。
图1是本发明基于超材料的微波控制开关的结构示意图；图2是本发明所述微波调制模块的结构示意图；图3是本发明所述超材料单元的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。图1是本发明基于超材料的微波控制开关的结构示意图，该微波控制开关包括开关控制模块1、天线2以及微波调制模块3，所述开关控制模块1、天线2以及微波调制模块3依次相连。开关控制模块I通过天线2向监控区域不断发出信号，信号在微波调制模块3中进行集中汇聚，避免受到其他无线信号的影响，使得监测更加准确，当外界有变化时，信号反射到微波调制模块3中通过天线2进入开关控制模块I进行信号处理，最后做出相应的指示。上述微波调制模块3具有对电磁波信号汇聚的功能，实现这种功能是依靠其采用了超材料介质，所述微波调制模块3由多个具有相同折射率的超材料片层31组成。即每一超材料片层31都具有对电磁波汇聚折射的功能。我们都知道，电磁波在介质中传播过程中，总是朝着折射率大的方向偏折，因此每一超材料片层31内部的折射率分布规律为以每一超材料片层31的中心为圆心，随着半径的逐渐增加，折射率逐渐减小，并且相同半径处的折射率相同。如图2所示，所述每一超材料片层31均由多个超材料单元4构成，所述超材料单元4包括金属微结构402以及供金属微结构402附着的单元基材401，如图3所示，通过对人造微结构402的拓扑图案、几何尺寸以及其在单元基材401上分布的设计，使每一超材料片层31的折射率分布规律满足以每一超材料片层31的中心为圆心，随着半径的逐渐增加，折射率逐渐减小,并且相同半径处的折射率相同。但应知本发明的折射率变化并不以此为限。本发明设计目的为使电磁波经过各超材料片层31时，电磁波偏折角度被逐渐改变。通过公式Sin0 =q*An，其中0为所需偏折电磁波的角度、A n为前后折射率变化差值，q为超材料功能层的厚度并通过计算机仿真即可确定所需参数值并达到本发明设计目的。为使超材料片层31上述的折射率的变化，经过理论和实际证明，可对所述人造微结构402的拓扑结构、几何尺寸以及其在单元基材401上分布的设计，单元基材401采用介电绝缘材料制成，可以为陶瓷 材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料等，高分子材料例如可以是、环氧树脂或聚四氟乙烯。人造微结构402为以一定的几何形状附着在单元基材401上能够对电磁波有响应的金属线，金属线可以是剖面为圆柱状或者扁平状的铜线、银线等，一般采用铜，因为铜丝相对比较便宜，当然金属线的剖面也可以为其他形状，金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等工艺附着在基板上，每一超材料单元4都具有一个人造微结构，每一个超材料单元4都会对通过其中的电磁波产生响应，从而影响电磁波在其中的传输，每个超材料单元的尺寸取决于需要响应的电磁波，通常为所需响应的电磁波波长的十分之一，否则空间中包含人造微结构402的超材料单元4所组成的排列在空间中不能被视为连续。在单元基材401的选定的情况下，通过调整人造微结构402的形状、尺寸及其在单元基材401上的空间分布可以调整超材料上各处的等效介电常数及等效磁导率进而改变超材料各处的等效折射率。当人造微结构402采用相同的几何形状时，某处人造微结构的尺寸越大，则该处的等效介电常数越大，折射率也越大。本实施例采用的人造微结构402的图案为工字形的衍生图案，人造微结构402的图案可以是二维、也可以是三维结构，不限于该实施例中使用的“工”字形，可以为“工”字形的衍生结构，可以是在三维空间中各条边相互垂直的雪花状及雪花状的衍生结构，也可以是其他的几何形状，其中不同的人造微结构402可以是图案相同，但是其设计尺寸不同；也可以是图案和设计尺寸均不相同。 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.基于超材料的微波控制开关，所述微波控制开关包括开关控制模块、天线，其特征在于，所述微波控制开关还包括一微波调制模块，所述开关控制模块、天线以及微波调制模块依次相连。
2.根据权利要求1所述的基于超材料的微波控制开关，其特征在于，所述微波调制模块由多个具有相同折射率的超材料片层组成。
3.根据权利要求2所述的基于超材料的微波控制开关，其特征在于，所述每一超材料片层均由多个超材料单元组成。
4.根据权利要求3所述的基于超材料的微波控制开关，其特征在于，所述超材料单元由人造微结构以及供所述人造微结构附着的单元基材组成。
5.根据权利要求4所述的基于超材料的微波控制开关，其特征在于，所述每一超材料片层内的人造微结构的尺寸在其超材料单元内的分布规律为以每一超材料片层的中心为圆心，随着半径的逐渐增加，所在超材料单元内的人造微结构的尺寸逐渐减小，且相同半径处的超材料单元内的人造微结构的尺寸相同。
6.根据权利要求4所述的基于超材料的微波控制开关，其特征在于，所述每一超材料片层内的折射率分布规律为以每一超材料片层的中心为圆心，随着半径的逐渐增加，折射率逐渐减小，且相同半径处具有相同的折射率值。
7.根据权利要求4所述的基于超材料的微波控制开关，其特征在于，所述人造微结构为由至少一根对电磁波有响应的金属丝组成的平面结构或立体结构，所述金属丝为铜丝或银丝。
8.根据权利要求7所述的基于超材料的微波控制开关，其特征在于，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单元基材上。
9.根据权利要求4所述的基于超材料的微波控制开关，其特征在于，所述人造微结构为雪花状结构或雪花状衍生状。
10.根据权利要求4所述的基于超材料的微波控制开关，其特征在于，所述单元基材由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F4B复合材料制得。
全文摘要
本发明涉及一种基于超材料的微波控制开关，该微波控制开关包括开关控制模块、天线，所述天线接收外界的电磁波信息经过所述开关控制模块进行处理以并反映电磁波信息，所述微波控制开关还包括一微波调制模块，所述开关控制模块、天线以及微波调制模块依次相连。本发明一种基于超材料的微波控制开关，通过在天线前面设置一微波调制模块，并采用超材料介质来实现微波调制模块内部的折射率分布情况，使得所述微波调制模块能够对电磁信号进行汇聚调制，从而达到微波能量更加集中，方向性更强，能够精确的探测探测物的位置，且避免了附近无线电设备的干扰。
文档编号H01Q15/00GK103036060SQ201110302299
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 洪运南 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司