有源人工磁导体的制作方法

有源人工磁导体的制作方法
【专利摘要】一种有源人工磁导体包括单位晶格的阵列，每个单位晶格包括顶面、耦接到顶面的至少一个壁、耦接到该至少一个壁的底座、以及位于顶面中的交叉缝隙。顶面、至少一个壁、和底座形成了腔，并且它们是导电的。
【专利说明】
有源人工磁导体
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求于2014年2月24日提交的美国专利申请No. 14/188，264的优先权，该申 请的全部内容以引用方式并入本文中。本申请还要求于2014年2月24日提交的美国专利申 请No. 14/188,225的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开涉及有源人工磁导体(AAMC)。
【背景技术】
[0004] 通常需要将天线置于金属表面附近并使其与金属表面平行，例如置于机翼上。但 是，这些表面会反射与入射波异相的电磁波，因此会使天线短路。与天然存在的材料反射异 相电磁波不同，人工磁导体(AMC)是超颖表面，它同相反射入射电磁波。AMC通常由小于半波 长的单位晶格组成，并且通过共振实现其性能。例如负电感电路或非福斯特电路(NFC)的有 源电路被用于增加带宽，从而构成了有源AMC(AAMC)。但是，负电感电路或非福斯特电路 (NFC)的使用会导致必须进行仔细的设计以避免振荡的条件稳定的AAMC。
[0005] AAMC可以以许多方式对天线进行改进，包括1)增加天线带宽，如下面的参考文献
[6] 和[11]中描述;2)降低安装在建筑物上的天线的有限地面边缘效应，从而改进它们的辐 射模式;3)减少建筑物上的间隔小于一个波长的天线元件之间的耦合，从而减轻同址干扰； 4)建立与结构金属表面极化平行且直接沿着结构金属表面的能量辐射;5)增加背腔式缝隙 天线的带宽和效率，同时降低腔尺寸。AAMC技术的使用特别适合于小于1GHz的频率，在这种 情况中，传统AMC的物理尺寸成为对多数实际应用是禁止的。
[0006] 人工磁导体(AMC)是一种超颖材料，它在限定的带宽上模拟磁导体，如下面的参考 文献[1]和[2]中描述。AMC接地平面用平行于表面流动的电流来启用共形天线，因为AMC接 地平面中的平行镜像电流增强了它们的源极。在现有技术中，AMC是由层状结构实现的，这 些层状结构由分布在接地介电层上的周期性栅格金属片组成，如下面的参考文献[1]和[3] 中描述。
[0007] AMC可能会具有受限的带宽。它们的带宽与基底的厚度和磁导率成正比，如下面的 参考文献[1]至[4]中描述。在VHF-UHF频率，合理的AMC带宽需要的厚度和/或磁导率对于天 线接地平面应用是过于大的。
[0008] 可通过使用有源AMC(AAMC)来克服AMC的带宽限制。AAMC载有非福斯特电路(NFC) 负电感器，如下面的参考文献[1]至[6]中描述，并且AAMC可相对于AMC具有10倍或更多的增 大的带宽，如下面的参考文献[1]、[4]和[5]中描述。当AMC加载了NFC时，它的与基底电感并 联的负电感会导致大得多的净电感，因此会导致大得多的AMC带宽。
[0009] 图1中展示了现有的AAMC单位晶格结构。所述AAMC具有接地平面12、2.54cm厚的泡 沫基底14、0.76mm厚的介电基底16、多个大约65mm宽和长的铜片18、铜片18之间的10mm的间 隙20、铜片18之间的非福斯特电路(NFC) 22、配线孔24、以及接地通孔26。铜片18大约为50μπι 厚。
[0012] 限定c〇〇LamC<<Z()下的共振频率和近似分数带宽[2]为：[0013]
[0010]人工磁导体(AMC)的特征在于它的共振频率ω〇,它是以〇°相移、以它的±90°带宽 对入射波进行反射时的频率，± 90°带宽被定义为反射相位在| φ,.< 90 °范围内时的频率 范围。可使用等效并联LRC电路，并分别以LamC、CamC、和Raic作为该电路的电感、电容、电阻，来 在限定的频率范围上对AMC响应进行精确建模，如下面的参考文献[1]至[3]、[7]中描述。电 路阻抗为-
[0011]
[0014]其中Ζο是入射波阻抗。
[0015] 图1中所示形式的AMC(其中接地介电基底被金属片栅格覆盖，金属片之间加载有 集总元件）可通过简单的传输线模型来近似，如下面的参考文献[1]和[3]中描述，其中将 AMC导纳表达为栅导纳Yg、负载导纳Yirad、基底导纳Ysub之和：
[0016] YAMC = Yg+Yload+Ysub, (3)
[0017]
[0018] 其中d是介质厚度，ε和μ分别是基底的介电常数和磁导率。Ysub被表达为频率相关 电感，对于? 1的薄基底，Lsub = _j/(c〇Ysub)近似为常数：LS_ S μL?。金属方块的栅 极阻抗是电容性的，Yg=j?Cg，并且可以被精确地分析估计，如下面的参考文献[2]和[7]中 描述。
[0019] 可通过使等式（1)中的LRC电路参数与等式(3)和(4)的传输线模型中的量相等来 估算负载AMC反射性能。如果负载是电容性的，则等效LRC参数为：
[0020] LAMC = Lsub，CAMC = Cg+Cl〇a(^&RAMC = Rlc)ad (5)
[0021] 如果负载是电感性的，如图1中AAMC中那样，则等效LRC参数为：
[0022]
[0023] 当负载电感为负时创建了有源AMC，并且Lamc根据等式(6)增长。当Lic^O并且| Li〇ad >Lsub>0时，LAMC>Lsub，因此会导致AMC带宽的增加，并且根据等式(2)会导致共振频率的降 低。当Li Qad接近_Lsub时，Lamc最大化，共振频率最小化，且带宽最大化。通过NFC和AMC结构中 的损耗和电容来防止带宽和共振频率分别达到无限大和0。
[0024] AAMC加载了非福斯特电路(NFC)负电感器，如下面的参考文献[1]和[6]中描述。 NFC是关键性的元件，它能够实现AAMC及其高带宽。名称NFC暗示出它用有源电路回避了福 斯特电抗定理，如下面的参考文献[8]中描述。White在下面的参考文献[6]中给出了NFC电 路设计和制造的细节。
[0025]图2A展示了载板上的NFC电路30,它还具有电容器32、RF(射频）衬垫34、和DC(直 流)衬垫36。可用图2B中展示的等效电路模型表示该NFC。在该模型中，LNFC是期望的负电感， Rnfc是负电阻。Cnfc和Gnfc分别是正电容和电导系数。在理想的NFC中，Rnfc、Cnfc和Gnfc都等于 零。等效电路参数根据所施加的偏置电压而变化，并且图3中描绘了一些现有技术的NFC电 路参数。
[0026] 当NFC承受过度的RF功率时，或者当它们与相邻的NFC存在有害耦合时，过高的偏 置电压会使得NFC变得不稳定。这种不稳定性表现为电路振荡和从电路发出的辐射。当AAMC 中的NFC变得不稳定时，AAMC不再作为AMC运行。如下面的参考文献[1 ]中描述，这在现有技 术中带来的一个后果是，因为相邻NFC之间的耦合所导致的不稳定，不可能创建双极化 AAMC〇
[0027] 在现有技术中已经展示了单极化AAMC，如下面的参考文献[1]和[9]中描述。E平面 中的相邻NFC之间的耦合，即相邻行中的NFC之间的耦合，如图4A和图4B中展示，会导致单极 化AAMC不稳定。如图4A中展示，每个具有阻抗负载42的片状元件40位于具有接地平面48的 基底46上。为了使AAMC稳定，必须在Η平面中的片状元件40的各行之间安装RF隔离板44。隔 离板44从接地平面48到片状元件40跨越了基底46 AAMC对垂直于隔离板44极化的入射RF而 运行。因为与隔离板的相互作用，沿着其它轴极化的入射辐射将会如从金属导体反射的那 样被反射。Η平面中彼此相邻的NFC不会以不稳定的方式耦合。
[0028] 如图5Α中展示，对同轴形式的单极化AAMC进行了构建和测量。同轴形式便于测量， 因为可以在台式装置中使用同轴横向电磁(TEM)单元对其进行测量，如图5B中所展示，该单 元提供了对AMC的相位-频率关系和振幅-频率关系的直接实时测量，如下面的参考文献[9] 中描述。在同轴TEM单元中，同轴AAMC对于同轴入射波而言就像是单位晶格的无限阵列，这 是因为它的方位角周期性和径向壁上的PEC边界。这些场是径向极化的，相邻NFC不会不稳 定地耦合，因为它们的分隔间距与场极化是垂直的。
[0029]图5C展示了同轴AAMC的测量结果，测量结果确认了同轴AAMC作为稳定宽频带AMC 的运转。将NFC电感从-70nH调谐到-49.5nH。展示了反射波相位和振幅与频率的关系。在该 AAMC中，在保持稳定性的情况下，可将共振频率从大约470MHz调谐到220MHz。当调谐到 263MHz时，如图5C中的粗线所代表的，±90°带宽超过了80%，跨越了160MHz至391MHz的范 围。如图6中展示，现有技术AAMC比等效无源AMC具有高得多的带宽。在高负载水平上，AAMC 具有的带宽优于加载了变容二极管的AMC的五倍。
[0030] 参考文献
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[0043] 需要与极化无关的有源人工磁导体(AAMC)。本公开的实施例考虑了这些和其它需 求。

【发明内容】

[0044] 在本文公开的第一个实施例中，一种有源人工磁导体(AAMC)包括单位晶格的阵 列，每个单位晶格包括顶面、耦接到顶面的至少一个壁、耦接到该至少一个壁的底座、以及 位于顶面中的交叉缝隙，其中所述顶面、至少一个壁、和底座形成了腔，并且其中所述顶面、 至少一个壁、和底座是导电的。
[0045] 在本文公开的另一个实施例中，一种有源人工磁导体(AAMC)包括单位晶格的阵 列，每个单位晶格包括:正方形顶面，其具有第一边缘、第二边缘、第三边缘、和第四边缘;耦 接到顶面的第一边缘的第一壁;耦接到顶面的第二边缘的第二壁;耦接到顶面的第三边缘 的第三壁;耦接到顶面的第四边缘的第四壁;耦接到第一壁、第二壁、第三壁、和第四壁的底 座；以及位于顶面中的交叉缝隙，该交叉缝隙延伸到顶面的四个边缘中的每一个;其中所述 顶面、第一壁、第二壁、第三壁、和第四壁、以及底座形成了腔;并且其中所述顶面、第一壁、 第二壁、第三壁、和第四壁、以及底座是导电的。
[0046] 通过随后的详细描述及附图，以上和其他特征和优点将变得更加清楚。在附图和 描述中，各个附图标记表示各种特征，相同的附图标记在附图和描述中始终用于表示相同 的特征。
【附图说明】
[0047] 图1示出了根据现有技术的有源人工磁导体(AAMC);
[0048] 图2A示出了根据现有技术的位于载板上的非福斯特电路(NFC)，图2B示出了根据 现有技术的非福斯特电路(NF C)的等效电路；
[0049]图3示出了根据现有技术的现有非福斯特电路的电路参数；
[0050]图4A和图4B示出了根据现有技术的单极化AAMC;
[0051 ] 图5A示出了单极化同轴AAMC，图5B示出了用于测量图5A的同轴AAMC的同轴TEM单 元，图5C示出了根据现有技术的同轴AAMC的反射性质；
[0052]图6示出了根据现有技术的AAMC和加载了变容二极管的无源AMC的±90°带宽； [0053]图7A示出了根据本公开的有源人工磁导体(AAMC)，图7B示出了根据本公开的AAMC 的单位晶格；
[0054]图8A示出了根据本公开的单位晶格的单极化形式；
[0055]图8B示出了根据现有技术的用于将NFC或天线端口链接到入射波的等效电路； [0056]图9A示出了根据本公开的完整的单位晶格，图9B示出了根据本公开的入射场y极 化时的微分模式/共模四分之一电路；
[0057] 图10A、图10B、和图10C示出了根据本公开的NFC的负载配置：图10A是4个NFC的正 方形配置，图10B是4个NFC的交叉(X)配置;图10C是2个NFC的跨交配置；
[0058] 图11A和图11B分别示出了根据本公开的d等于75mm和100mm的AAMC单位晶格的反 射相位；以及
[0059] 图12A、图12B、和图12C示出了根据本公开的d等于75mm和100mm的双极化背腔式缝 隙(CBS)AAMC的性能概要。
【具体实施方式】
[0060] 为了清楚地描述本文中公开的多种不同的特定实施例，在以下描述中阐述了许多 具体细节。但是，本领域内的技术人员将理解的是，可以在不具有下述全部具体细节的情况 下实现根据权利要求的本发明。在其它示例中，没有对众所周知的特征进行描述，以免模糊 本发明。
[0061] 公开了一种双极化有源人工磁导体(AAMC)，其具有周期性单位晶格阵列，该周期 性单位晶格阵列以零度相位对与表面平行地极化的电磁波进行反射。每个单位晶格具有： 腔，腔具有导电壁，导电壁具有顶面，顶面可以是平面或曲面；以及形成孔的、在顶面中形成 图案的交叉缝隙。当单位晶格接近其并联共振时，便实现了AMC的运行。通过优选地在单位 晶格中心附近跨越缝隙连接负电感电路(它是一类非福斯特电路(NFC))可降低共振频率并 且增加带宽。腔和交叉缝隙可占据两个正交的对称平面，而这两个平面又与顶面正交。可将 这两个主平面内的响应调谐到相同频率或不同频率。
[0062]根据本公开的AAMC 10具有多个排列在具有周期d 43的周期性栅格或阵列中的单 位晶格20,如图7A和图7B中展示。栅格可以是长方形、正方形、或六边形，以及其它可能的形 状。下面的讨论假定位于x-y平面中的正方形的栅格，其中的单位晶格20关于x-z轴和y-z轴 对称，如图7A中展示;但是，如上所述，AAMC可具有其它形状。
[0063]如图7B中展示，单位晶格20具有填充有空气、介电材料、和/或磁性材料的腔22。优 选地，单位晶格20关于x-z轴和y-z轴对称，并且具有平面的顶面24。优选地，腔22具有正方 形截面，其尺寸稍微小于周期d 43,但也可以是其它截面并且小于该周期。腔22的壁26是导 电的，在顶面24中形成交叉缝隙31的图案，以形成孔，使其关于x-z平面和y-z平面对称，如 图7B中展示。优选地，交叉缝隙31延伸到腔的壁26。顶面24被交叉缝隙31划分为四块30、32、 34、和36。顶面24的四块30、32、34、和36中的每一块都是导电的。腔的壁26和腔的底座27也 是导电的。
[0064]现参照图8A，其中展示了单极化的实施例。宽度w 42远小于长度d 43的长方形缝 隙40沿着X轴48切入到顶面46中。AAMC行为发生在入射波的表面阻抗经历并联共振时。背腔 式缝隙天线(CBSA)在其第一共振中是并联共振天线，如参考文献[12]中描述。AAMC结构可 以被视为CBSA无限阵列，其中的每个元件可以通过弗洛凯(Floquet)分析建模，其中天线端 口 50具有跨越缝隙40的中心的天线接线端子，另一个端口是指定角度上(例如垂直入射)的 y极化辐射模式。天线端口与辐射端口之间的耦合可通过变压器和纯电抗性并联共振电路 来近似，如图8B中展示。如果天线端口是开路的，则辐射端口会遇到电抗性共振电路，并给 予AMC响应。如果增加 X极化的第二弗洛凯端口，则该第二弗洛凯端口与缝隙辐射正交，并且 因而与天线端口隔离。因为第二弗洛凯端口会主要遇到导电面，我们可以预期180度的反 射。
[0065]由于单极化情况下有并联共振，因此可利用优选地位于顶面24的中心处或中心附 近的电容或负电感将其调谐到较低的频率。并联共振电路的带宽与电感L与电容C之比成比 例，因此可通过增加 L和/或碱小C来增加带宽，二者都只能通过产生负电感和/或负电容的 NFC对于给定几何结构实现。
[0066]如上面所讨论，y极化输入与X极化波是隔离的，因此图7A和图7B中示出的交叉缝 隙31能够提供双极化性能。图9A展示出，交叉缝隙31由X轴缝隙28和y轴缝隙29组成。图9B展 示了入射场是y极化时的整体电路的微分模式/共模四分之一电路。允许电场沿X轴跨越缝 隙，但是不能沿y轴跨越缝隙，除非在非常高的频率下。这些电路可以沿X轴和y轴(分别为0 度和90度）的极化以及45度和135度的极化实现。
[0067]如果入射波是y极化的，则y-z轴是理想磁传导(PMC)对称平面，其表示平行电（E) 场和垂直磁(H)场。x-z轴是理想电传导(PEC)对称平面，其表示垂直E场和平行Η场。因此问 题被分解到微分四分之一电路中，如图9Α和图9Β中展示，其中可以明显看到，基谐模式只存 在于X轴缝隙28上。沿y轴缝隙29的模式需要缝隙宽度w 42大约为共振频率的半波长。
[0068] 图10A-图10C展示了可用于调谐AAMC 10的图7A中展示的NFC38的三种配置。
[0069] 图10A的正方形配置具有四个NFC 60、62、64、和66。册0 60位于跨越顶面24的块30 和块32的X轴上，NFC 62位于跨越顶面24的块34和块36的X轴上，NFC 64位于跨越顶面24的 块30和块34的y轴上，NFC 66位于跨越顶面24的块32和块36的y轴上。优选地，这些NFC位于 交叉缝隙28和29的交叉点范围上或附近。尽管X极化块中的NFC 60和62(NFCx)应当是相同 的，并且对于y极化块(NFCy)也是同样，但是如果需要与极化无关的行为，则NFCx与NFCy可 以不同从而实现不同的频率或其它特性。同样，如果需要极化旋转，则所有四个NFC 60、62、 64、和66都可以是不同的。微分四分之一电路分析展示出，如果保持对称性，则NFCx不会影 响y极化波，反之亦然。
[0070] 如图10B中展示的X配置具有四个相同的NFC 70、72、74、和76，它们分别连接到交 叉缝隙31的交叉点附近的块30、32、34、或36的四个拐角中的相应的一个。即0 70、72、74、和 76分别连接到交叉点的中心处的公共节点78。微分四分之一电路分析展示出，这种配置对x 极化波和y极化波都会进行调谐。此外，如果这些NFC是不同的，则对称性会被破坏，并且会 发生极化耦合。
[0071] 如图10C中展示的跨交配置中，两个NFC(NFC45 80和NFC135 82)将交叉缝隙31的 交叉点的对角拐角相连，其中NFC45 80位于45度角上，NFC135 82位于135度角上。NFC45 80 连接在块32的拐角与块34的拐角之间，NFC135 82连接在块30的拐角与块36的拐角之间。在 这种配置中，主轴被旋转了45度。对45度极化波的响应取决于NFC45 80,对135度极化波的 响应取决于NFC135 82。如果NFC4580与NFC135 82相同，则响应是与极化无关的。
[0072] 利用]190等于25.4111111、(143等于75_和100_、以及负电感负载即〇45等于即(]135， 对图10C中展示的跨交配置的AAMC性能进行了模拟。当反射相位在+/-90度之间时可实现 AAMC运行。图11A中描绘了d 43等于75mm时的反射相位，图11B中描绘了d 43等于100mm时的 反射相位。
[0073] 图12A、图12B、和图12C总结了双极化背腔式缝隙AAMC的性能。在图12中，曲线100 针对d 43等于75mm的情况，曲线102针对d 43等于100mm的情况。图12A描绘的是共振频率与 负电感的关系，图12B描绘的是百分之+90至百分之-90带宽与负电感的关系，图12C描绘的 是百分之+90至百分之-90带宽与共振频率的关系。
[0074] d 43等于75mm的单位晶格从加载了-45nH的NFC时的大约1200MHz调谐到加载了-32nH的NFC时的大约200MHz。当d 43等于100mm时，AAMC从加载了-55nH的NFC时的大约 900MHz调谐到加载了 -41nH的NFC时的大约250MHz。
[0075] 如图11A和图11B展示，尽管具有不同的负电感负载，但是d 43等于75mm和d 43等 于100mm的单位晶格设计均覆盖了相同的频率范围；但是，75mm的单位晶格具有更大的带 宽。
[0076]通过将单位晶格之间的互耦合最小化可实现稳定性。这是通过将各单位晶格彼此 隔离的腔壁26来实现的。可以使用本征分析来估算有限AAMC的稳定性。在远低于共振的频 率下，可通过自感系数和互感系数来估算导纳矩阵：
[0077]
[0078]其中N是NFC的数量，S = j2Jif是拉普拉斯变换的复数角频率。因此可将导纳矩阵简 化为Ι/s倍电感矩阵，其中电感矩阵的本征值量化了指定本征模的等效电感。假定所有NFC 是相同的，并且具有的电感LNFC小于0,则总电感是本征值Leq和LNFC的并联组合;如果对于所 有的本征值，L NFC均小于-Leq，则网络处于稳定状态。可通过对频率域导纳矩阵和NFC导纳模 型执行奈奎斯特(Nyquist)分析，将该方法扩展到所有的频率。对d 43等于75mm的5x5阵列 在NFC45 80从-45nH变化到-32nH并省略了NFC135 82的情况下的初步分析，预示AAMC 10对 于LNFC小于-37nH的情况是稳定的，这暗示了从1200MHz到500MHz的调谐是可实现的。
[0079]已经按照专利法规的要求对本发明进行了描述，本领域内的技术人员将会理解如 何对本发明进行变化和修改从而达到他们的特定需求或条件。这些变化和修改可以在不脱 离本文所公开的本发明的范围和思想的情况下进行。
[0080]展示对示例性实施例和优选实施例的上述详细描述是为了根据法律要求进行说 明和公开。详细描述不旨在是详尽的，也不旨在将本发明限制于所描述的精确形式，而仅仅 是为了使本领域的其他技术人员能够理解如何将本发明适用于特定用途或实施方式。各种 修改和变化的可能性对于本领域技术人员而言将是显而易见的。描述这些示例性实施例的 目的不是意在进行任何限制，尽管这些实施例可能包括了误差、特征尺寸、特定运行条件、 工程说明书等，并且它们可以在各个实施方案之间变化或者随着技术发展水平而变化，它 们不暗示任何限制。
【申请人】根据现有技术水平做出了本公开，但是也考虑了一些改进，并且 未来的改写可考虑这些改进，即依据届时的技术水平。本发明的范围旨在是由所写的权利 要求和适合的等价体来定义的。除非明确地这样陈述，否则所主张的元件的单数表述并非 旨在意指"一个且仅有一个"。此外，本公开中的任何元件、组件、方法或处理步骤均非旨在 向公众公开，无论所述元件、组件、或步骤是否在权利要求中明确列举。本文中的所有主张 的元件均不应基于美国法典35卷112节第六段进行理解，除非明确地使用短语"用于……的 装置"来列举该元件，并且本文的任何方法或处理步骤都不应基于这些条款进行理解，除非 明确地使用短语"包含步骤……"来列举该步骤或多个步骤。
[0081]优选地，本文所描述的所有元件、部件和步骤均包括在内。应当理解的是，可以用 其它元件、部件和步骤来代替这些元件、部件和步骤中的任何一个，或者将这些元件、部件 和步骤全部删除，这对本领域技术人员是显而易见的。
[0082]大体上，本文至少公开了如下内容：
[0083] 一种有源人工磁导体，其包括单位晶格阵列，每个单位晶格包括顶面、至少一个耦 接到顶面的壁、耦接到该至少一个壁的底座、位于顶面中的交叉缝隙。顶面、至少一个壁、底 座形成了腔，并且它们是导电的。
[0084] 构思
[0085]至少公开了下面的构思。
[0086] 构思1. 一种有源人工磁导体(AAMC)，包括：
[0087] 单位晶格的阵列，每个单位晶格包括：
[0088] 顶面；
[0089]耦接到顶面的至少一个壁；
[0090]耦接到该至少一个壁的底座；以及 [0091]位于所述顶面中的交叉缝隙；
[0092] 其中所述顶面、至少一个壁、和底座形成了腔;并且
[0093] 其中所述顶面、至少一个壁、和底座是导电的。
[0094] 构思2.如构思1所述的AAMC，其中：
[0095]所述顶面具有第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘;并且 [0096] 所述至少一个壁包括：
[0097]耦接到所述顶面的第一边缘的第一壁；
[0098]耦接到所述顶面的第二边缘的第二壁；
[0099]耦接到所述顶面的第三边缘的第三壁；以及
[0100] 耦接到所述顶面的第四边缘的第四壁。
[0101] 构思3.如构思2所述的AAMC，其中所述交叉缝隙延伸到所述顶面的第一边缘、第二 边缘、第三边缘和第四边缘中的每一个。
[0102] 构思4.如构思1所述的AAMC，还包括：
[0103] 填充所述腔的材料，该材料包括空气、介电材料、或磁性材料。
[0104] 构思5.如构思1所述的AAMC，其中：
[0105] 每个单位晶格关于x-z轴和y-z轴对称;并且
[0106] 所述顶面是平面。
[0107] 构思6.如构思2所述的AAMC，其中：
[0108] 所述腔具有正方形截面，截面的尺寸略小于单位晶格的阵列中的单位晶格的重复 周期。
[0109] 构思7.如构思1所述的AAMC，还包括：
[0110] 跨越所述交叉缝隙耦接的至少一个电抗调谐元件。
[0111] 构思8.如构思7所述的AAMC，其中所述至少一个电抗调谐元件包括非福斯特电路。
[0112] 构思9.如构思8所述的AAMC，其中所述非福斯特电路包括负电感或负电容。
[0113] 构思10.如构思1所述的AAMC，其中所述腔和所述交叉缝隙提供双极化响应。
[0114] 构思11.如构思2所述的AAMC，还包括：
[0115] 跨越所述交叉缝隙耦接的至少两个电抗调谐元件。
[0116] 构思12.如构思11所述的AAMC，其中：
[0117] 所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块;并且
[0118] 所述至少两个电抗元件包括：
[0119] 跨越所述交叉缝隙连接在第一块与第二块之间的第一电抗元件；
[0120] 跨越所述交叉缝隙连接在第三块与第四块之间的第二电抗元件；
[0121]跨越所述交叉缝隙连接在第一块与第三块之间的第三电抗元件；
[0122] 跨越所述交叉缝隙连接在第二块与第四块之间的第四电抗元件；
[0123] 其中第一电抗元件和第二电抗元件在X轴上跨越交叉缝隙;并且
[0124] 其中第三电抗元件和第四电抗元件在y轴上跨越交叉缝隙。
[0125] 构思13.如构思12所述的AAMC，其中第一电抗调谐元件、第二电抗调谐元件、第三 电抗调谐元件、和第四电抗调谐元件是非福斯特电路。
[0126] 构思14.如构思13所述的AAMC，其中每个非福斯特电路包括负电感或负电容。
[0127] 构思15.如构思11所述的AAMC，其中：
[0128] 所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块，每个块具有 位于交叉缝隙的交叉点附近的拐角;并且
[0129] 所述至少两个电抗元件包括：
[0130] 连接到所述第一块的拐角附近的第一电抗元件的第一端子；
[0131]连接到所述第二块的拐角附近的第二电抗元件的第一端子；
[0132] 连接到所述第三块的拐角附近的第三电抗元件的第一端子；以及
[0133] 连接到所述第四块的拐角附近的第四电抗元件的第一端子；
[0134] 其中，第一电抗元件、第二电抗元件、第三电抗元件、和第四电抗元件中的每一个 的第二端子连接到一起。
[0135] 构思16.如构思15所述的AAMC，其中第一电抗调谐元件、第二电抗调谐元件、第三 电抗调谐元件、和第四电抗调谐元件是非福斯特电路。
[0136] 构思17.如构思16所述的AAMC，其中每个非福斯特电路包括负电感或负电容。
[0137] 构思18.如构思11所述的AAMC，其中：
[0138] 所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块，每个块具有 位于交叉缝隙的交叉点附近的拐角；
[0139] 所述至少两个电抗元件包括：
[0140] 连接到所述第一块的拐角附近的第一电抗元件的第一端子；
[0141]连接到所述第四块的拐角附近的第一电抗元件的第二端子；
[0142] 连接到所述第二块的拐角附近的第二电抗元件的第一端子；
[0143] 连接到所述第三块的拐角附近的第二电抗元件的第二端子；
[0144] 其中所述第一块的拐角从所述第四块的拐角对角地跨越所述交叉缝隙的交叉点；
[0145] 其中所述第二块的拐角从所述第三块的拐角对角地跨越所述交叉缝隙的交叉点。
[0146] 构思19.如构思18所述的AAMC，其中第一电抗调谐元件和第二电抗调谐元件是非 福斯特电路。
[0147] 构思20.如构思19所述的AAMC，其中每个非福斯特电路包括负电感或负电容。
[0148] 构思21 ·-种有源人工磁导体(AAMC)，其包括：
[0149] 单位晶格的阵列，每个单位晶格包括：
[0150]正方形顶面，其具有第一边缘、第二边缘、第三边缘、和第四边缘；
[0151]耦接到所述顶面的第一边缘的第一壁；
[0152]耦接到所述顶面的第二边缘的第二壁；
[0153]耦接到所述顶面的第三边缘的第三壁；
[0154] 耦接到所述顶面的第四边缘的第四壁；
[0155] 耦接到第一壁、第二壁、第三壁、和第四壁的底座；以及
[0156] 位于所述顶面中的交叉缝隙，该交叉缝隙延伸到所述顶面的四个边缘中的每一 个；
[0157] 其中所述顶面、第一壁、第二壁、第三壁、和第四壁、以及底座形成了腔;并且
[0158] 其中所述顶面、第一壁、第二壁、第三壁、和第四壁、以及底座是导电的。
[0159] 构思22.如构思21所述的AAMC，还包括：
[0160] 填充所述腔的材料，该材料包括空气、介电材料、或磁性材料。
[0161 ] 构思23.如构思21所述的AAMC:
[0162] 其中所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块;并且
[0163] 其中的AAMC还包括：
[0164] 跨越所述交叉缝隙连接在第一块与第二块之间的第一电抗元件；
[0165] 跨越所述交叉缝隙连接在第三块与第四块之间的第二电抗元件；
[0166] 跨越所述交叉缝隙连接在第一块与第三块之间的第三电抗元件；以及
[0167] 跨越所述交叉缝隙连接在第二块与第四块之间的第四电抗元件；
[0168] 其中第一电抗元件和第二电抗元件在X轴上跨越所述交叉缝隙;并且
[0169] 其中第三电抗元件和第四电抗元件在y轴上跨越所述交叉缝隙。
[0170] 构思24.如构思21所述的AAMC:
[0171]其中所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块，每个块 具有位于所述交叉缝隙交叉点附近的拐角;并且
[0172] 该AAMC还包括：
[0173] 连接到所述第一块的拐角附近的第一电抗元件的第一端子；
[0174]连接到所述第二块的拐角附近的第二电抗元件的第一端子；
[0175] 连接到所述第三块的拐角附近的第三电抗元件的第一端子；以及
[0176] 连接到所述第四块的拐角附近的第四电抗元件的第一端子;并且
[0177] 其中第一电抗元件、第二电抗元件、第三电抗元件、和第四电抗元件中的每一个的 第二端子连接到一起。
[0178] 构思25.如构思21所述的AAMC:
[0179] 其中所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块，每个块 具有位于交叉缝隙交叉点附近的拐角;并且
[0180] 该AAMC还包括：
[0181]连接到所述第一块的拐角附近的第一电抗元件的第一端子；
[0182] 连接到所述第四块的拐角附近的第一电抗元件的第二端子；
[0183] 连接到所述第二块的拐角附近的第二电抗元件的第一端子；
[0184] 连接到所述第三块的拐角附近的第二电抗元件的第二端子；
[0185] 其中所述第一块的拐角从所述第四块的拐角对角地跨越交叉缝隙的交叉点；
[0186] 其中所述第二块的拐角从所述第三块的拐角对角地跨越交叉缝隙的交叉点。
[0187] 构思26.如构思21所述的AAMC，其中：
[0188] 每个单位晶格壁关于x-z轴和y-z轴对称;并且
[0189] 所述顶面是平面。
[0190] 构思27.如构思21所述的AAMC，其中：
[0191]所述腔具有正方形截面，截面的尺寸略小于单位晶格的阵列中的单位晶格的重复 周期。
【主权项】
1. 一种有源人工磁导体(AAMC)，包括： 单位晶格的阵列，每个单位晶格包括： 顶面； 耦接到所述顶面的至少一个壁； 耦接到所述至少一个壁的底座；以及 位于所述顶面中的交叉缝隙； 其中所述顶面、所述至少一个壁、以及所述底座形成了腔;并且 其中所述顶面、所述至少一个壁、以及所述底座是导电的。2. 如权利要求1所述的AAMC，其中： 所述顶面具有第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘;并且 所述至少一个壁包括： 耦接到所述顶面的第一边缘的第一壁； 耦接到所述顶面的第二边缘的第二壁； 耦接到所述顶面的第三边缘的第三壁；以及 耦接到所述顶面的第四边缘的第四壁。3. 如权利要求2所述的AAMC，其中所述交叉缝隙延伸到所述顶面的第一边缘、第二边 缘、第三边缘和第四边缘中的每一个。4. 如权利要求1所述的AAMC，还包括： 填充所述腔的材料，该材料包括空气、介电材料、或磁性材料。5. 如权利要求1所述的AAMC，其中： 每个单位晶格关于x-z轴和y-z轴对称;并且 所述顶面是平面。6. 如权利要求2所述的AAMC，其中： 所述腔具有正方形截面，截面的尺寸略小于单位晶格的阵列中的单位晶格的重复周 期。7. 如权利要求1所述的AAMC，还包括： 跨越所述交叉缝隙耦接的至少一个电抗调谐元件。8. 如权利要求7所述的AAMC，其中所述至少一个电抗调谐元件包括非福斯特电路。9. 如权利要求8所述的AAMC，其中所述非福斯特电路包括负电感或负电容。10. 如权利要求1所述的AAMC，其中所述腔和所述交叉缝隙提供双极化响应。11. 如权利要求2所述的AAMC，还包括： 跨越所述交叉缝隙耦接的至少两个电抗调谐元件。12. 如权利要求11所述的AAMC，其中： 所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块;并且 所述至少两个电抗元件包括： 跨越所述交叉缝隙连接在第一块与第二块之间的第一电抗元件； 跨越所述交叉缝隙连接在第三块与第四块之间的第二电抗元件； 跨越所述交叉缝隙连接在第一块与第三块之间的第三电抗元件；以及 跨越所述交叉缝隙连接在第二块与第四块之间的第四电抗元件； 其中第一电抗元件和第二电抗元件在X轴上跨越所述交叉缝隙;并且 其中第三电抗元件和第四电抗元件在y轴上跨越所述交叉缝隙。13. 如权利要求12所述的AAMC，其中第一电抗调谐元件、第二电抗调谐元件、第三电抗 调谐元件、和第四电抗调谐元件是非福斯特电路。14. 如权利要求13所述的AAMC，其中每个非福斯特电路包括负电感或负电容。15. 如权利要求11所述的AAMC，其中： 所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块，每个块具有位于 交叉缝隙的交叉点附近的拐角;并且 所述至少两个电抗元件包括： 连接到所述第一块的拐角附近的第一电抗元件的第一端子； 连接到所述第二块的拐角附近的第二电抗元件的第一端子； 连接到所述第三块的拐角附近的第三电抗元件的第一端子；以及 连接到所述第四块的拐角附近的第四电抗元件的第一端子;并且 其中，第一电抗元件、第二电抗元件、第三电抗元件、和第四电抗元件中每一个的第二 端子连接到一起。16. 如权利要求15所述的AAMC，其中第一电抗调谐元件、第二电抗调谐元件、第三电抗 调谐元件、和第四电抗调谐元件是非福斯特电路。17. 如权利要求16所述的AAMC，其中每个非福斯特电路包括负电感或负电容。18. 如权利要求11所述的AAMC，其中： 所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块，每个块具有位于 交叉缝隙的交叉点附近的拐角;并且 所述至少两个电抗元件包括： 连接到所述第一块的拐角附近的第一电抗元件的第一端子； 连接到所述第四块的拐角附近的第一电抗元件的第二端子； 连接到所述第二块的拐角附近的第二电抗元件的第一端子； 连接到所述第三块的拐角附近的第二电抗元件的第二端子； 其中所述第一块的拐角从所述第四块的拐角对角地跨越所述交叉缝隙的交叉点;并且 其中所述第二块的拐角从所述第三块的拐角对角地跨越所述交叉缝隙的交叉点。19. 如权利要求18所述的AAMC，其中第一电抗调谐元件和第二电抗调谐元件是非福斯 特电路。20. 如权利要求19所述的AAMC，其中每个非福斯特电路包括负电感或负电容。21. -种有源人工磁导体(AAMC)，包括： 单位晶格的阵列，每个单位晶格包括： 正方形顶面，其具有第一边缘、第二边缘、第三边缘、和第四边缘； 耦接到所述顶面的第一边缘的第一壁； 耦接到所述顶面的第二边缘的第二壁； 耦接到所述顶面的第三边缘的第三壁； 耦接到所述顶面的第四边缘的第四壁； 耦接到第一壁、第二壁、第三壁、和第四壁的底座；以及 位于所述顶面中的交叉缝隙，所述交叉缝隙延伸到所述顶面的四个边缘中的每一个； 其中所述顶面、第一壁、第二壁、第三壁、和第四壁、以及底座形成腔;并且 其中所述顶面、第一壁、第二壁、第三壁、和第四壁、以及底座是导电的。22. 如权利要求21所述的AAMC，还包括： 填充所述腔的材料，该材料包括空气、介电材料、或磁性材料。23. 如权利要求21所述的AAMC: 其中所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块;并且 其中所述AAMC还包括： 跨越所述交叉缝隙连接在第一块与第二块之间的第一电抗元件； 跨越所述交叉缝隙连接在第三块与第四块之间的第二电抗元件； 跨越所述交叉缝隙连接在第一块与第三块之间的第三电抗元件；以及 跨越所述交叉缝隙连接在第二块与第四块之间的第四电抗元件； 其中第一电抗元件和第二电抗元件在x轴上跨越所述交叉缝隙;并且 其中第三电抗元件和第四电抗元件在y轴上跨越所述交叉缝隙。24. 如权利要求21所述的AAMC: 其中所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块，每个块具有 位于所述交叉缝隙交叉点附近的拐角;并且所述AAMC还包括： 连接到所述第一块的拐角附近的第一电抗元件的第一端子； 连接到所述第二块的拐角附近的第二电抗元件的第一端子； 连接到所述第三块的拐角附近的第三电抗元件的第一端子；以及 连接到所述第四块的拐角附近的第四电抗抗元件的第一端子;并且 其中第一电抗元件、第二电抗元件、第三电抗元件、和第四电抗元件中的每一个的第二 端子连接到一起。25. 如权利要求21所述的AAMC: 其中所述交叉缝隙将所述顶面划分为第一块、第二块、第三块、和第四块，每个块具有 位于交叉缝隙交叉点附近的拐角;并且 所述AAMC还包括： 连接到所述第一块的拐角附近的第一电抗元件的第一端子； 连接到所述第四块的拐角附近的第一电抗元件的第二端子； 连接到所述第二块的拐角附近的第二电抗元件的第一端子； 连接到所述第三块的拐角附近的第二电抗元件的第二端子； 其中所述第一块的拐角从所述第四块的拐角对角地跨越所述交叉缝隙的交叉点;并且 其中所述第二块的拐角从所述第三块的拐角对角地跨越所述交叉缝隙的交叉点。26. 如权利要求21所述的AAMC，其中： 每个单位晶格关于x-z轴和y-z轴对称;并且 所述顶面是平面。27. 如权利要求21所述的AAMC，其中： 所述腔具有正方形截面，截面的尺寸略小于单位晶格的阵列中的单位晶格的重复周 期。
【文档编号】H01Q1/38GK105900282SQ201480072872
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月23日
【发明人】卡森·R·怀特, 丹尼尔·J·格里高利
【申请人】Hrl实验室有限责任公司