一种基于零折射率材料的波导功率分配器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及波导分配领域，具体是一种基于零折射率材料的波导功率分配器。
【背景技术】
[0002]波导功率分配器是微波/毫米波功率合成电路的重要组成部分，它的作用是将输入功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络。在微波系统中，需要将发射功率按一定的比例分配到各发射单元，如相控阵雷达等，因此功分器在微波系统中有着广泛的应用。它的性能好坏直接影响到整个系统能量的分配、合成效率等。
[0003]波导功率分配器作为一种重要的无源微波/毫米波器件，目前的环形电桥大多数采用的是微带线的平面结构，它的体积小，而且易于与其它器件集成，但是也面临着损耗大、功率容量小的问题。在基于微带环形电桥的基础上，用波导代替微带线实现了一种波导环形电桥[申请公布号CN 104218295 A]，结构简单易于加工，便于保证机加精度，从而尽可能小的减小插损；在性能上结合了微带线环形电桥和波导结构的优点，具有较高的隔离度和功率容量，还改善了反射系数。但存在着体积较大、不能灵活调节信号的输出。
[0004]零折射率超材料是本世纪初提出的一种新型人工电磁材料，它具有某些奇特的电磁特性，如电磁波通过该种媒质时空间相位几乎不变，电磁场可视为准静态场；在零折射率超材料中植入介质缺陷可以改变电磁波的传输系数等。目前，实验上可以制备出微波频率范围内的各向异性零折射率材料[Hui Feng Ma, Jin Hui Shi, Wei Xiang Jiang, andTie Jun Cu1.Experimental realizat1n of bending waveguide using anisotropiczero index materials s[J].Appl.Phys.Lett.，101，253513 (2012)];而理论上可以通过将两个相互垂直方向上的各向异性的零折射率材料叠加等效为各向同性的零折射率材料，从而克服了制备上的困难[Kuang Zhang, Jiahui Fu，Li_Yi Xiao, Qun ffu, andLe-ffei L1.Total transmiss1n and total reflect1n of electromagnetic waves byanisotropic epsilon-near-zero metamaterials embedded with dielectric defectss[J].J.Appl.Phys.113，084908 (2013)]等。虽然通过在零折射率超材料中植入介质缺陷可调控多端口波导内的电磁波，从而实现多端口波导的功率分配有一定的研究，但它尚不能实现对各支路的输出达到灵活控制的效果[徐亚东.用超材料操控波导中电磁波的传播.苏州大学，博士论文[D], 2014] ο
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:如何实现功率分配器的阻抗匹配，使工作频段可在微波毫米波频段或更高频率实现。
[0006]本发明所采用的技术方案是:多于两个的平行板金属波导的每个平行板金属波导的一端和一个内部填充零折射率材料的筒状体构件外壁连接，连接点均匀分布于筒状体构件同一横截面外周上，一个平行板金属波导作为信号输入端口，剩余平行板金属波导内部置入被零折射率材料环绕的介质柱缺陷作为信号输出端口，入射波经信号输入端口输入，通过与筒状体构件内部零折射率材料耦合后从信号输出端口输出，利用介质柱缺陷实现对输出波的灵活调控，通过调节介质柱缺陷尺寸、介质常数，实现对入射波频率实现选频传输。
[0007]作为一种优选方式:筒状体构件横截面为圆形或者正多边形，其内充有各向同/异性零折射率材料。
[0008]作为一种优选方式:零折射率材料选择介电常数和磁导率都接近零的阻抗匹配媒质或只有介电常数为零或只有磁导率为零以及电磁参数张量中主对角线元素局部为零的各向异性材料。
[0009]作为一种优选方式:入射波波段选择微波、毫米波波段，平行板金属波导宽度为1.1-1.3倍波长，筒状体构件内径约为1.2-1.5倍波长。
[0010]作为一种优选方式:平行板金属波导的总数为4-8个。
[0011]作为一种优选方式:介质柱缺陷为柱状结构，横截面为圆、椭圆、多边形。
[0012]本发明的有益效果是:利用零折射率超材料内的电磁场在空间呈准静态分布，方便地实现了波的耦合，功分器的支路数不受限制；在零折射率超材料中嵌入介质柱缺陷，可以达到灵活调控波的输出；同时，有利于实现系统的小型化。功分器的工作频率取决于缺陷的谐振频率，具体依赖于其结构、尺寸、电磁参数，根据需要可应用于微波、毫米波频段。因而其应用范围较为灵活。
【附图说明】
[0013]图1是本发明结构示意图；
其中，1、第一平行板金属波导，2、第二平行板金属波导，3、连接点，4、第三平行板金属波导，5、第四平行板金属波导，6、零折射率材料，7、筒状体构件，8、介质柱缺陷。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，本实施例基于零折射率材料的波导功率分配器具体结构为:由四对由紫铜金属平板构成的平行板金属波导1，2，4，5和一个筒状体构件7组成，筒状体构件7外壁有四个与平行板金属波导1，2，4，5相连接的连接点3，连接点3均匀分布于筒状体构件同一横截面外周上，筒状体构件7内填充零折射率材料6，第二、三、四平行板金属波导2，4，5内植入介电常数(通常可取2~12)的介质柱缺陷8，介质柱缺陷8的横截面为圆、椭圆、多边形，处于第二、三、四平行板金属波导2，4，5内的介质柱缺陷8被零折射率材料6环绕。
[0015]当入射信号由端口进入第一平行板金属波导1后，由于筒状体构件7的零折射率媒质具有和空气相匹配的波阻抗，所以入射波几乎不发生反射；耦合到筒状体构件7内的波，根据零折射率媒质的特性，电磁场值大小几乎保持恒定，这些信号通过筒状体构件7外壁的连接点3又耦合进第二、三、四平行板金属波导2，4，5 ;若无填充加载介质柱的零折射率媒质，各路输出均相等；若有填充加载介质柱的零折射率的媒质，可通过调节介质柱的尺寸、电磁参数，实现某路为全透射或全反射，从而达到灵活调控输出波的目的。
[0016]本发明零折射率材料可以选择，由F4B印刷电路板为基底、上面渡有银金属膜开口谐振环(SRR)的周期结构构成。
【主权项】
1.一种基于零折射率材料的波导功率分配器，其特征在于:多于两个的平行板金属波导的每个平行板金属波导的一端和一个内部填充零折射率材料的筒状体构件外壁连接，连接点均匀分布于筒状体构件同一横截面外周上，一个平行板金属波导作为信号输入端口，剩余平行板金属波导内部置入被零折射率材料环绕的介质柱缺陷作为信号输出端口，入射波经信号输入端口输入，通过与筒状体构件内部零折射率材料耦合后从信号输出端口输出，利用介质柱缺陷实现对输出波的灵活调控，通过调节介质柱缺陷尺寸、介质常数，实现对入射波频率实现选频传输。2.根据权利要求1所述的一种基于零折射率材料的波导功率分配器，其特征在于:筒状体构件横截面为圆形或者正多边形，其内充有各向同/异性零折射率材料。3.根据权利要求1所述的一种基于零折射率材料的波导功率分配器，其特征在于:零折射率材料选择介电常数和磁导率都接近零的阻抗匹配媒质或只有介电常数为零或只有磁导率为零以及电磁参数张量中主对角线元素局部为零的各向异性材料。4.根据权利要求1所述的一种基于零折射率材料的波导功率分配器，其特征在于:入射波波段选择微波、毫米波波段，平行板金属波导宽度为1.1-1.3倍波长，筒状体构件内径约为1.2-1.5倍波长。5.根据权利要求1所述的一种基于零折射率材料的波导功率分配器，其特征在于:平行板金属波导的总数为4-8个。6.根据权利要求1所述的一种基于零折射率材料的波导功率分配器，其特征在于:介质柱缺陷为柱状结构，横截面为圆、椭圆、多边形。
【专利摘要】本发明涉及波导分配领域，具体是一种基于零折射率材料的波导功率分配器。多于两个的平行板金属波导的每个平行板金属波导的一端和一个内部填充零折射率材料的筒状体构件外壁连接，一个平行板金属波导作为信号输入端口，剩余平行板金属波导内部置入被零折射率材料环绕的介质柱缺陷作为信号输出端口，入射波经信号输入端口输入，通过与筒状体构件内部零折射率材料耦合后从信号输出端口输出，利用介质柱缺陷实现对输出波的灵活调控，通过调节介质柱缺陷尺寸、介质常数，实现对入射波频率实现选频传输。
【IPC分类】H01P5/12
【公开号】CN105337013
【申请号】CN201510773039
【发明人】曹斌照
【申请人】太原理工大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月13日