元1-1为正方环形结构，内环具有四个呈内环锯齿线1-1-2，分别对称设置在内环的四条边的中心位置。表层金属单元1-1的边长为边长px，边宽为边宽py，表层金属单元1-1正方环形结构的内环边长为表层内环边长I，表层内环边宽为W，内环锯齿线1-1-2宽为锯齿线宽wo，缝隙宽度为缝隙宽度g，过孔半径为径ro。
[0033]边长px和边宽py的范围为2mm?40mm，表层内环边长I的范围为Imm?30mm，表层内环边宽w的范围为0.4mm?8mm，锯齿线宽wo的范围为0.1mm?4mm，缝隙宽度g的范围为0.3mm?10mm，半径ro的范围为0.05mm?2mm。
[0034]本实施例中，边长Px为7mm，边宽Py为7mm,表层内环边长I为4.1mm,表层内环边宽w为1.2mm,锯齿线宽wo为0.4mm，缝隙宽度g为1.6mm,半径ro为0.2mm。
[0035]底层金属单元2-1为正方环形结构。底层金属单元2-1的边长为边长px，边宽为边宽py，内环边长为底层内环边长11，内环边宽为底层内环结构边宽WU
[0036]边长Px和边宽Py的范围为2mm?40mm，底层内环边长11的范围为2mm?40mm，底层内环边宽Wi的范围为Imm?15mm。
[0037]表层金属单元1-1通过设置在边缘的过孔1-1-1与底层金属单元2-1固定。
[0038]本实施例中，边长Px为边长Px为7mm，边宽Py为7mm,底层内环边长Ii为4.1mm,底层内环边宽Wi为2.5_。
[0039]表层金属膜I印刷电路板工艺覆盖于中间介质层3之上。底层金属膜2覆盖于中间介质层3之下。
[0040]中间介质层3为介电材料，其相对介电常数实部的范围为I?15。本实施例中的中间介质层3采用低损耗罗杰斯板材Rogers TMM 1i(1ssy)，介电常数实部为9.9，损耗角为0.002。
[0041 ]中间介质层3的介质厚度为介质厚度1^。介质厚度1^的范围为Imm?15mm。本实施例中的介质厚度ts为1.6mm。
[0042]贴片电阻4镶嵌在表层金属单元1-1的开缝处，贴片电阻的大小范围为50欧姆?3000欧姆。本实施例中贴片电阻的大小为300欧姆。
[0043]图4是本发明在实施例中仿真实验得到的电磁波能量吸收率的曲线图。
[0044]如图4所示，上述偏振不敏感的超材料微波能量捕获器经过时域有限差分(FDTD)算法数值模拟在垂直入射TEM波情况下，其捕获周围空间电磁能量的效率可以用吸收率频谱来表征。随频率变化的吸收率计算公式为A= 1-1 Sll |2-| S2112，式中I Sll I为随频率变化的反射系数幅值，I S211为随频率变化的透射系数幅值。通过合理优化设计偏振不敏感的超材料微波能量捕获器的结构参数和材料，使其在设定的特定频率的阻抗与自由空间的阻抗相匹配(即有效介电常数与有效磁导率相等)，此时，由于空间电磁波完全进入超材料结构而几乎不被反射和透射，反射率R= Isil 12和透射率T= I S2112接近于零;这样电磁能量被完全限制在该器件内部，从而实现近乎100%的完美吸收。仿真实验结果表明，该偏振不敏感的超材料微波能量捕获器吸收率在2.9GHz接近100%。另外，由于设计的超材料结构具有严格的几何对称性，因此其对电磁波是偏振不敏感的，也就是说入射的任意偏振微波都能被有效的捕获、收集，且效率接近100%。
[0045]实施例的作用与效果
[0046]根据本实施例所涉及偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，能实现接近完美微波捕获能力的偏振不敏感的能量捕获器，能够捕获、收集周围环境中的射频波段，雷达波段的电磁能量，有望在无线电能量充电，高效无线能量传输、以及隐身等领域产生广泛的应用；设计的电磁能量捕获器将在环境科学、信息、国家安全及基础物理研究领域有着广阔的应用价值，将会带来巨大社会经济效应。
[0047]上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，其特征在于，包括: 表层金属膜，由至少一个表层金属单元均匀排列成平面阵列构成； 贴片电阻，镶嵌在所述表层金属单元上； 中间介质层，与所述表层金属膜相贴合；以及 底层金属膜，由至少一个底层金属单元均匀排列成平面阵列构成，与所述表层金属膜--对应，与所述中间介质层相贴合， 其中，所述表层金属单元为正方环形结构，内环具有四个内环锯齿线，分别对称设置在所述内环的四条边的中心位置， 所述底层金属膜为正方环形结构。2.根据权利要求1所述的偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，其特征在于: 其中，所述表层金属单元通过设置在边缘的过孔与所述底层金属单元固定。3.根据权利要求1所述的偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，其特征在于: 其中，所述表层金属单元，边长分别为边长Px和边宽Py 所述底层金属单元，边长分别为所述边长Px和所述边宽Py， 所述表层金属单元的内环边长为内环边长1， 所述表层金属单元的内环边宽为表层内环边宽W， 所述内环锯齿线的宽度为锯齿线宽W0， 所述相对的两个内环锯齿线之间的宽度为缝隙宽度g， 所述过孔的半径为半径ro， 所述中间介质层的厚度为介质厚度ts， 所述底层金属单元的内环边长为底层内环边长li， 所述底层金属单元的内环边宽为底层内环结构边宽Wi， 所述表层金属膜的厚度为膜厚度U 所述底层金属膜的厚度为所述厚度U。4.根据权利要求3所述的偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，其特征在于: 其中，所述边长Px和所述边宽Py的范围为2mm?40mm， 所述表层内环边长I的范围为Imm?30mm， 所述表层内环边宽w的范围为0.4mm?8mm， 所述锯齿线宽wo的范围为0.1mm?4mm， 所述缝隙宽度g的范围为0.3mm?I Omm， 所述半径ro的范围为0.05mm?2mm， 所述介质厚度ts的范围为Imm?15mm， 所述底层内环边长Ii的范围为2mm?40mm， 所述底层内环边宽wi的范围为Imm?15mm， 所述膜厚度tm的范围为0.0lmm?0.1mm05.根据权利要求1所述的偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，其特征在于: 其中，所述中间介质层为介电材料，其相对介电常数实部的范围为I?15。6.根据权利要求1所述的偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，其特征在于: 其中，所述贴片电阻的大小范围为50欧姆?3000欧姆。7.根据权利要求1所述的偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，其特征在于:其中，所述贴片电阻镶嵌在所述表层金属单元的开缝处。8.根据权利要求1所述的偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，其特征在于:其中，所述表层金属膜通过印刷电路板工艺覆盖于所述中间介质层之上。9.根据权利要求1所述的偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，其特征在于:其中，所述表层金属单元和所述底层金属单元为具有严格几何对称性的周期性结构。
【专利摘要】本发明提供的偏振不敏感的超材料微波能量捕获器，具有这样的特征，包括：表层金属膜，由至少一个表层金属单元均匀排列成平面阵列构成；贴片电阻，镶嵌在表层金属单元上；中间介质层，与表层金属膜相贴合；以及底层金属膜，由至少一个底层金属单元均匀排列成平面阵列构成，与表层金属膜一一对应，与中间介质层相贴合，其中，表层金属单元为正方环形结构，内环具有四个内环锯齿线，分别对称设置在内环的四条边的中心位置，底层金属膜为正方环形结构。
【IPC分类】H01Q15/00
【公开号】CN105552565
【申请号】CN201511018685
【发明人】程用志, 李维刚, 鲁凌云
【申请人】武汉科技大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月29日