基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜的制作方法
【专利摘要】基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜，涉及相位非连续超常透镜设计领域。它是为了解决传统透镜的受厚度限制的问题。它由N个带条型结构单元在竖直方向和水平方向呈周期分布而成;；每个带条型结构单元包括矩形基板和带条型结构，带条型结构包括两根金属条；每根金属条由一号金属臂和二号金属臂组成的一体件；两根金属条沿矩形基板的水平方向的中心线镜像设置并固定在矩形基板上；每个单元在交叉极化波透射率0.45时的一阶谐振频点上带宽介于1GHz至1.9GHz之间；在水平方向上，相邻两个带条型结构单元上的一号金属臂之间的角度为π/6；对于固定的单元长度a，该透镜在水平方向具有相位梯度，相位梯度2π/(6*a)。本发明适用于透镜的使用场合。
【专利说明】基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜
【技术领域】
[0001]本发明涉及相位非连续超常透镜设计领域。
【背景技术】
[0002]传统对电磁波传输方向的人工调控手段依赖于电磁波在介质中传播所产生的累积相位变化。例如通过调节透镜不同位置处的厚度，可以实现电磁波传播的汇聚或发散，此类器件典型的有凸透镜、凹透镜。对于相同厚度的透镜，可以通过调节不同位置处的介质折射率，实现电磁波传输方向的人工调控，此类器件典型的有梯度折射率透镜、龙伯透镜等。以上两种传统的透镜都必须有一定的厚度要求，在此厚度内，通过电磁波的传输累积相位差，来实现对电磁波的调控，一般来说，透镜的厚度需要和波长可比拟或者大于波长，因此基于传统折射定律的电磁波调控器件存在厚度极限。由此导致的透镜重量及介质损耗也是不可避免的，这在很大程度上限制了传统透镜的适用范围。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决传统透镜的受厚度限制的问题，从而提供一种基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜。
[0004]基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜，它由N个带条型结构单元在竖直方向和水平方向呈周期分布而成；N为正整数；每个带条型结构单元的长度为16mm ；
[0005]每个带条型结构单元均包括矩形基板I和带条型结构，所述带条型结构包括两根金属条2 ;每根金属条2是由一号金属臂和二号金属臂组成的一体件；所述一号金属臂固定在二号金属臂的一端，所述一号金属臂与二号金属臂垂直；
[0006]两根金属条2沿矩形基板I的水平方向的中心线镜像设置并固定在矩形基板I上；
[0007]每个单元在交叉极化波透射率0.45时的一阶谐振频点上带宽介于IGHz至1.9GHz之间；
[0008]在水平方向上，相邻两个带条型结构单元上的带条型结构之间的角度为Ji/6;
[0009]该透镜在水平方向具有相位梯度，对于固定的单元长度a，该透镜在水平方向具有相位梯度，相位梯度2 / (6*a)。
[0010]—号金属臂的长度为12mm,宽度为Imm ;二号金属臂的长度为5mm,宽度为1mm。
[0011]每个带条型结构单元中的矩形基板I的介电常数为3.5。
[0012]该透镜在水平方向具有相位梯度采用Pancharatnam-Berry相位的分布实现。
[0013]本发明目提出了 一种传输方向上亚波长尺寸的电磁波异常折射超常透镜，它具有最高交叉极化波透射率高达25%，交叉极化透射率25%的带宽可以达到IGHz，效率在20%以上的频率带宽可以达到1.9GHz的特点，克服了传统透镜厚度极限的缺点。
【专利附图】
【附图说明】[0014]图1是本发明的带条型结构单元的结构示意图；
[0015]图2是图1中带条型结构单元结构在旋转e角度后结构示意图；
[0016]图3是带条型结构单元对于电场沿X轴和Y轴极化的垂直入射线极化电磁波的传输系数仿真示意图；
[0017]图4是带条型结构单元对于垂直入射的圆极化电磁波，以左旋圆极化电磁波为例，交叉极化电磁波(右旋圆极化电磁波)的透射系数仿真示意图；
[0018]图5是宽带电磁波异常折射透镜中的一个单元结构示意图；
[0019]图6是透镜对于透射的交叉极化分量，异常折射角的理论值和仿真结果示意图；
[0020]图7是各个频点上交叉极化分量相对入射波能量的效率仿真示意图。
【具体实施方式】
[0021]【具体实施方式】一、结合图1至图7说明本【具体实施方式】，基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜，它由N个带条型结构单元在竖直方向和水平方向呈周期分布而成；N为正整数；每个带条型结构单元的长度为16_ ；
[0022]每个带条型结构单元均包括矩形基板I和带条型结构，所述带条型结构包括两根金属条2 ;每根金属条2是由一号金属臂和二号金属臂组成的一体件；所述一号金属臂固定在二号金属臂的一端，所述一号金属臂与二号金属臂垂直；
[0023]两根金属条2沿矩形基板I的水平方向的中心线镜像设置并固定在矩形基板I上；
[0024]每个单元在交叉极化波透射率0.45时的一阶谐振频点上带宽介于IGHz至1.9GHz之间；
[0025]在水平方向上，相邻两个带条型结构单元上的带条型结构之间的角度为Ji/6;
[0026]该透镜在水平方向具有相位梯度，对于固定的单元长度a，该透镜在水平方向具有相位梯度，相位梯度2 / (6*a)。
[0027]【具体实施方式】二、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜的区别，一号金属臂的长度为12_，宽度为1mm;二号金属臂的长度为5mm,宽度为1mm。
[0028]【具体实施方式】三、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜的区别，每个带条型结构单元中的矩形基板I的介电常数为3.5。
[0029]【具体实施方式】四、本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜的区别，该透镜在水平方向具有相位梯度采用Pancharatnam-Berry相位的分布实现。
[0030]广义折射定律指出，当介质分界面上存在梯度相位差时，折射角et和入射角0i满足:
[0031 ]
【权利要求】
1.基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜，其特征是:它由N个带条型结构单元在竖直方向和水平方向呈周期分布而成；N为正整数；每个带条型结构单元的长度为16mm ； 每个带条型结构单元均包括矩形基板(I)和带条型结构，所述带条型结构包括两根金属条(2);每根金属条(2)是由一号金属臂和二号金属臂组成的一体件；所述一号金属臂固定在二号金属臂的一端，所述一号金属臂与二号金属臂垂直； 两根金属条(2)沿矩形基板(I)的水平方向的中心线镜像设置并固定在矩形基板(I)上； 每个单元在交叉极化波透射率0.45时的一阶谐振频点上带宽介于IGHz至1.9GHz之间； 在水平方向上，相邻两个带条型结构单元上的带条型结构之间的角度为n/6 ； 该透镜在水平方向具有相位梯度，对于固定的单元长度a，该透镜在水平方向具有相位梯度，相位梯度2ji/(6*a)。
2.根据权利要求1所述的基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜，其特征在于一号金属臂的长度为12mm,宽度为Imm ;二号金属臂的长度为5mm,宽度为1mm。
3.根据权利要求1所述的基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜，其特征在于每个带条型结构单元中的矩形基板(I)的介电常数为3.5。
4.根据权利要求1所述的基于广义折射定律的宽带电磁波异常折射透镜，其特征在于该透镜在水平方向具有相位梯度采用Pancharatnam-Berry相位的分布实现。
【文档编号】H01Q15/02GK103647151SQ201310726238
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】吴群, 丁旭旻, 张狂 申请人:哈尔滨工业大学