一种基于ELC电谐振超材料结构的功率限幅器的制作方法

本发明属于电磁功能器件技术领域，具体涉及一种基于ELC电谐振超材料结构的功率限幅器件。

背景技术：

人工电磁超材料是一种人造介质，在自然界并不存在，它利用亚波长的微结构当做类似材料组成单元的原子和分子，因其所具有的独特的电磁特性，如负折射率效应、负磁导率效应、强圆二向色性、电磁隐身、逆多普勒效应、逆契仑可夫辐射等而受到广泛的关注。近年来已有许多关于线性电磁超材料特性的研究，特别是微波波段的非线性特性。超材料具有实现电路功能的潜力，一个最感兴趣的器件为功率限幅器。功率限幅器具有可变的输出功率，具体的输出功率依赖于输入功率的大小。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于ELC电谐振超材料结构的功率限幅器件，当入射电磁波功率大于一个阈值时开始衰减信号，而允许低入射电磁波功率通过。

本发明的技术方案为：

一种基于ELC电谐振超材料结构的功率限幅器件，包括至少一个超材料结构单元，每个超材料结构单元包括基板、位于基板之上的人工微结构、及加载于人工微结构上的可变电容二极管；所述人工微结构为ELC电谐振超材料结构，两端金属线各有一个开口，中间金属线开口处加载一PIN二极管(Skyworks SMS7621-079LF)。

进一步地，所述人工微结构由铜线制成，所述基板为微波段低损耗介质基板，具体为FR4介质基板，基板厚度为1.5mm。

进一步地，a为17mm，b为18mm，g为0.9mm到1.1mm，d为9.4mm到9.6mm。

本发明的有益效果为：当入射电磁波功率大于一个阈值时开始衰减信号，而允许低入射电磁波功率通过。这和传统的超材料功率吸收器件有很大不同，传统的超材料功率吸收器件既吸收低入射电磁波功率又吸收高入射电磁波功率，而没有选择性。

附图说明

图1为本发明超材料结构单元的示意图；其中，(a)为超材料结构单元的整体结构示意图，(b)为超材料结构单元的俯视图及人工微结构的几何参数；(c)为超材料结构单元的等效电路图；

图2为本发明超材料结构单元开口处的动态电压幅度；

图3为本发明超材料结构单元在PIN二极管2种工作状态下的透射系数图；

图4为本发明超材料结构单元在PIN二极管2种工作状态下的反射系数图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。

本发明提供了一种基于ELC电谐振超材料结构的功率限幅器件，当入射电磁波功率大于一个阈值时开始衰减信号，而允许低入射电磁波功率通过。

如图1所示，为本发明提供的一种基于ELC电谐振超材料结构的功率限幅器件，包括至少一个超材料结构单元，每个超材料结构单元包括基板、位于基板之上的人工微结构、及加载于人工微结构上的可变电容二极管；所述人工微结构为ELC电谐振超材料结构，两端金属线各有一个开口，中间金属线开口处加载PIN二极管(Skyworks SMS 7621-079LF)。

进一步地，本发明的超材料结构可以通过电路印刷技术进行加工。图2为本发明超材料结构单元中间金属线开口处的电压随频率的变化曲线，反应出开口处的电压放大效应。

本发明在中间金属线开口处加载PIN二极管，即在超材料结构单元中引入了非线性元素，使超材料结构单元具有电磁波的非线性响应；同时，由于开口处具有电压放大效应，因此能够驱动二极管工作。

本发明可通过电磁波功率来改变PIN二极管的截止和导通状态，进一步选择性地透射电磁波。在高入射电磁波功率下，PIN二极管导通，原本的超材料结构单元被破坏，超材料结构在2GHz到4GHz内衰减电磁波。在低入射电磁波功率下，PIN二极管截止，超材料结构在2GHz到4GHz内允许电磁波通过。图3为本发明超材料结构单元在PIN二极管2种工作状态下的反射系数图；图4为本发明超材料结构单元在PIN二极管2种工作状态下的透射系数图。

其中R＝5000代表PIN二极管截止，R＝12代表PIN二极管导通。

实施例

一种基于ELC电谐振超材料结构的功率限幅器件，包括至少一个超材料结构单元，每个超材料结构单元包括基板、位于基板之上的人工微结构、及加载于人工微结构上的可变电容二极管；所述人工微结构为ELC电谐振超材料结构，两端金属线各有一个开口，中间金属线开口处加载一个PIN二极管(SkyworksSMS 7621-079LF)。如图1(b)所示，超材料结构单元的具体尺寸为：介质基板厚度t＝1.5mm，a为17mm，b为18mm，g为0.9mm到1.1mm，d为9.4mm到9.6mm。中间金属线开口处加载PIN二极管(Skyworks SMS 7621-079LF)。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。