CN102680810B - 微波暗室实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种微波暗室实验系统，包括设置于微波暗室中的源信号和待测单元，所述系统还包括用于将源信号发出的发散的电磁波转化为平行电磁波以供待测单元进行测试的超材料。该系统用具有汇聚功能的超材料代替透镜，测试场地较小、加工工艺简单、成本较低。

Description

微波暗室实验系统

技术领域

本发明涉及微波测试系统，尤其涉及一种微波暗室实验系统。

背景技术

微波暗室是采用吸波材料和金属屏蔽体组建的特殊房间，它提供人为空旷的“自由空间”条件。在暗室内做天线、雷达等无线通讯产品和电子产品测试可以免受杂波干扰，提高被测设备的测试精度和效率。如图1所示现有的微波暗室实验系统包括设置在微波暗室内的源信号20、反射镜40以及待测试单元30，通过反射镜40将源信号20发出的发散电磁波转化为平行电磁波以供待测单元30进行测试。现有的实验系统存在至少以下缺点：(1)需要庞大的测试场地，成本很高；(2)需要高精度的反射镜40才能产生平行电磁波，加工工艺复杂。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种微波暗室实验系统，该系统用具有汇聚功能的超材料代替透镜，加工工艺简单、成本较低、测试场地较小。

为解决上述技术问题，提供了一种微波暗室实验系统，包括设置于微波暗室中的源信号和待测单元，所述系统还包括用于将源信号发出的发散的电磁波转化为平行电磁波以供待测单元进行测试的超材料。

进一步地，所述超材料包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括基板和多个附着在所述基板上的人造微结构，所述超材料存在一区域，该区域内的超材料的介电常数ε与磁导率μ的乘积最大，所述区域外的超材料的介电常数ε与磁导率μ的乘积从两侧向该区域方向连续增大。

进一步地，所述超材料由多个介电常数非均匀分布的超材料片层沿垂直于所述片层表面方向堆叠形成。

进一步地，每个所述人造微结构为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构。

进一步地，所述金属丝为铜丝或银丝。

进一步地，所述基板由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F46复合材料制得。

进一步地，所述人造微结构为轴对称结构。

进一步地，所述人造微结构为“工”字形、“十”字形或“王”字形。

进一步地，所述人造微结构为非轴对称结构。

进一步地，所述人造微结构为不等边三角形、平行四边形或不规则闭合曲线。

上述技术方案至少具有如下有益效果：本发明的微波暗室实验系统采用具有汇聚功能的超材料代替透镜，测试场地较小、加工工艺简单、成本较低。

附图说明

图1是现有的微波暗室实验系统的结构示意图。

图2是本发明的微波暗室实验系统的结构示意图。

图3是本发明的微波暗室实验系统所采用的超材料的第一实施例的结构示意图。

图4是图3所示超材料的主视图。

图5是本发明的微波暗室实验系统所采用的超材料的第二实施例的主视图。

具体实施方式

当一束电磁波由一种介质传播到另外一种介质时，电磁波会发生折射，当物质内部的折射率分布非均匀时，电磁波就会向折射率比较大的位置偏折，电磁波的折射率与成正比关系，因而通过改变介电常数ε和/或磁导率μ在材料中的分布，就可达到改变电磁波的传播路径的目的。

超材料是一种以人造微结构2为基本单元并以特定方式进行空间排布、具有特殊电磁响应的新型材料，包括人造微结构2和供人造微结构附着的基板1。人造微结构2为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构，多个人造微结构2在基板1上阵列排布，每个人造微结构2以及其所附着的基板1所占部分即为一个晶格。基板1可为任何与人造微结构2不同的材料，这两种材料的叠加使每个晶格产生一个等效介电常数与磁导率，这两个物理参数分别对应了晶格的电场响应与磁场响应。超材料对电磁响应的特征是由人造微结构2的特征所决定，而人造微结构2的电磁响应很大程度上取决于其金属丝的图案所具有的拓扑特征和其几何尺寸。根据上述原理设计超材料空间中排列的每个人造微结构2的图案和几何尺寸，就可对超材料中每一点的电磁参数进行设置。

图2所示本发明的微波暗室实验系统包括：设置于微波暗室100中的源信号20、待测单元30以及用于将源信号20发出的发散的电磁波转化为平行电磁波以供待测单元30进行测试的超材料10。

本发明的实验系统所采用的超材料10包括至少一个超材料片层3，超材料片层3包括基板1和多个附着在基板1上的人造微结构2。实验证明，电磁波通过超材料10的偏折角与超材料10的厚度和折射率变化率有关，因此通过合理设计超材料10的每个超材料片层3的折射率分布以及超材料片层3的数量，就可以实现电磁波的各种出射效果，例如：使射入的发散电磁波平行射出。进一步的，电磁波的折射率与成正比关系，所以只要改变介电常数与磁导率中的至少一个，就可以改变折射率。通常，通过改变介电常数来改变折射率，因为具有电场响应的人造微结构结构简单，例如“工”字形、“H”形等。

本实施例中超材料10存在一区域，该区域内的超材料10的介电常数ε与磁导率μ的乘积最大，该区域外的超材料10的介电常数ε与磁导率μ的乘积从两侧向该区域方向连续增大。即本发明所采用的超材料10存在一个折射率最大的区域，该区域外的超材料10的折射率从两侧向该区域连续增加，当源信号20发出的发散电磁波经过该超材料10时发散的电磁波向折射率大的区域汇聚。通过合理设计人造微结构2的图案和几何尺寸可进一步实现发散电磁波的平行出射。

图3和图4分别是本发明的微波暗室实验系统所采用的超材料10的第一实施例的结构示意图和主视图。在本实施例中超材料10由多个相同的介电常数非均匀分布的超材料片层3沿垂直于超材料片层3表面方向堆叠形成。每个超材料片层3包括片状的基板1和附着在基板1上的多个人造微结构2。本实施例中的人造微结构2呈“工”字形，人造微结构2阵列分布在基板1上。实验证明，相同图案的人造微结构2，其几何尺寸与介电常数成正比，因此在入射电磁波确定的情况下，通过合理设计人造微结构2的图案和不同尺寸的人造微结构2在超材料片层上的排布，就可以制成具有上述折射率分布规律的超材料10。如图所示超材料10存在一个区域，在该区域内“工”字形人造微结构2的尺寸最大，该区域外“工”字形人造微结构2的尺寸从两侧向该区域方向连续增大。通过合理设计超材料10中的“工”字形人造微结构2的尺寸变化函数，即可实现发散电磁波的平行出射。

图5为本发明的所采用的超材料10的第二实施例的主视图。在图5所示实施例中除了人造微结构2的几何形状与图4所示实施例不同之外，人造微结构2的排布规律等均与之相同。图5所示实施例中人造微结构2为“王”字形结构，也可采用“十”字形，“H”形等其他轴对称结构。

应当理解，本发明实施例的所采用的超材料10除了采用对称结构的人造微结构2之外，也可采用不等边三角形、平行四边形或不规则闭合曲线等其他非对称结构的人造微结构2。只要超材料10存在一个区域，该区域内的超材料10的介电常数ε与磁导率μ的乘积最大，区域外的超材料10的介电常数ε与磁导率μ的乘积从两侧向该区域方向连续增大。通过合理设计超材料10上的人造微结构2的几何尺寸变化函数就可实现发散电磁波的平行出射。

具体实施时，人造微结构2由至少一根铜丝或者银丝等金属丝构成，具有特定图形。金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或粒子刻等多种方法附着在基板1上。其中蚀刻是较优的制造工艺，其步骤是在设计好合适的人造微结构2的平面图案后，先将一张金属箔片整体地附着在基板1上，然后通过蚀刻设备，利用溶剂与金属的化学反应去除掉人造微结构2预设图案以外的箔片部分，余下的即可得到阵列排布的人造微结构2。基板1由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F46复合材料制得。

本发明的微波暗室实验系统采用具有汇聚功能的超材料代替具有汇聚功能的透镜，通过合理设计超材料上的人造微结构的图案和不同几何尺寸的人造微结构的分布规律，就可实现发散电磁波的平行出射。该微波暗室实验系统的测试场地较小、超材料加工工艺简单、系统成本较低。

以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种微波暗室实验系统，包括设置于微波暗室中的源信号和待测单元，其特征在于，所述系统还包括用于将源信号发出的发散的电磁波转化为平行电磁波以供待测单元进行测试的超材料；

其中，所述超材料包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括基板和多个附着在所述基板上的人造微结构，所述超材料存在一区域，该区域内的超材料的介电常数ε与磁导率μ的乘积最大，所述区域外的超材料的介电常数ε与磁导率μ的乘积从两侧向该区域方向连续增大。

2.如权利要求1所述的微波暗室实验系统，其特征在于，所述超材料由多个介电常数非均匀分布的超材料片层沿垂直于所述片层表面方向堆叠形成。

3.如权利要求1或2所述的微波暗室实验系统，其特征在于，每个所述人造微结构为由至少一根金属丝组成的平面结构或立体结构。

4.如权利要求3所述的微波暗室实验系统，其特征在于，所述金属丝为铜丝或银丝。

5.如权利要求1或2所述的微波暗室实验系统，其特征在于，所述基板由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F46复合材料制得。

6.如权利要求1或2所述的微波暗室实验系统，其特征在于，所述人造微结构为轴对称结构。

7.如权利要求6所述的微波暗室实验系统，其特征在于，所述人造微结构为“工”字形、“十”字形或“王”字形。

8.如权利要求1或2所述的微波暗室实验系统，其特征在于，所述人造微结构为非轴对称结构。

9.如权利要求8所述的微波暗室实验系统，其特征在于，所述人造微结构为不等边三角形、平行四边形或不规则闭合曲线。