CN103390801B - 一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜 - Google Patents
一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103390801B CN103390801B CN201310312164.3A CN201310312164A CN103390801B CN 103390801 B CN103390801 B CN 103390801B CN 201310312164 A CN201310312164 A CN 201310312164A CN 103390801 B CN103390801 B CN 103390801B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- sheet metal
- shaped sheet
- groove depth
- different
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超表面透镜，包括介质衬底以及设置在介质衬底上的、由多个结构单元周期性行列排布组成的表面金属结构，所述表面金属结构成中心对称，所述结构单元的槽深从对称中心向外周渐变。本发明的超表面透镜可以实现对不同传播方向的表面等离激元的单独调控，提高了表面波在应用中的集成度，具有更高的灵活性；本发明的透镜天线制作简单、工艺成熟、价格不高、便于推广；通过结构参数（包括结构单元的长度和宽度，以及结构单元的槽深）的缩放，本发明可以适用于微波、毫米波和太赫兹波等不同波段。
Description
技术领域
本发明涉及表面波器件，尤其是一种基于新型人工电磁材料的表面等离激元透镜，该透镜同时具有龙伯透镜和鱼眼透镜的特性。
背景技术
人工超表面（metasurfaces）由于具有易于加工，结构简单，低剖面以及损耗低的特点，最近收到广泛关注。当前，技术人员已经设计和应用了一系列基于人工超表面的新型器件，比如辐射波和表面波的转化器、表面波天线、基于人工超表面的极化转换器等等。
但是，这些产品大多数是单功能的。
发明内容
发明目的：本发明要提供一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜，使其当激发源沿人工超表面不同的光轴激励时，分别表现为龙伯透镜和鱼眼透镜，因此至少具有两种功能，以提高表面波器件在应用中的集成度。
技术方案：一种超表面透镜，包括介质衬底以及设置在介质衬底上的、由多个结构单元周期性行列排布组成的表面金属结构，所述表面金属结构成中心对称，所述结构单元的槽深从对称中心向外周渐变。
所述结构单元包括U型金属片。所述U型金属片的槽深从对称中心向外周逐渐减小。距离对称中心相等的U型金属片的槽深相等。所述结构单元的槽深从对称中心向外周逐渐减小。
与现有透镜基于各向同性的特点不同，本发明各向异性的人工超表面透镜在不同的光轴方向上具有不同的折射率，这就为实现多功能器件提供了物理基础。本发明可以沿不同的光轴分别按照基于各向同性材料的方法来设计，但设计的折射率满足不同的分布，这样就实现了多功能器件。
有益效果：本发明的超表面透镜可以实现对不同传播方向的表面等离激元的单独调控，提高了表面波在应用中的集成度，具有更高的灵活性；本发明的透镜天线制作简单、工艺成熟、价格不高、便于推广；通过结构参数的缩放，本发明可以适用于微波、毫米波和太赫兹波等不同波段。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2a为本发明结构单元的示意图，图2b为本发明结构单元的色散特性示意图；
图3为本发明的不同向的折射率分布与理论值比较示意图；
图4为沿y方向激励时，电场Ex分量在水平面上的仿真分布图；
图5a为沿y方向激励时，电场Ex分量在竖直切面上的仿真分布图；
图5b为图5a中A点的放大示意图；
图6为沿x方向激励时，电场Ey分量在水平面上的仿真分布图；
图7a为沿x方向激励时，电场Ey分量在竖直切面上的仿真分布图；
图7b为图7a中B点的放大示意图；
图8为沿y方向激励时，电场Ex分量在水平面上的测试分布图；
图9为沿x方向激励时，电场Ey分量在水平面上的测试分布图；
图10为本发明双功能表面波透镜的实物图。
具体实施方式
如图1和图2a所示，本发明基于新型人工电磁材料的表面等离激元透镜主要包括介质衬底1和表面金属结构2。表面金属结构2由多个结构单元3周期性行列排布组成。表面金属结构2成中心对称。结构单元主体为U型金属片，其槽深从对称中心向外周逐渐减小，距离对称中心相等的U型金属片的槽深相等。上述结构使得透镜主体的表面折射率由圆心向外侧渐变分布，与圆心距离相等的位置折射率相等。
具体地，U型金属片被刻蚀于介质衬底上；介质板为聚四氟乙烯材质，介电常数为2.2。色散曲线表明透镜在不同的光轴方向上具有不同的折射率，即所采用的新型人工电磁材料单元是各向异性的（a方向和b方向上的激励效果不同）。在该实施例中，U型金属片排成偶数个行（图1中的y向）和偶数个列（图1中的x向），其中，金属片凹槽的方向与x向或其反向一致。在不同的方向上，U型金属片的对称方式不同：在不同行之间的对称关系上，U型金属片沿对称轴成“背靠背”排列；在不同列之间的对称关系上，U型金属片沿对称轴成“肩并肩”排列。
图2b中的色散曲线是由扫描h的值所得，其中h按步长0.3mm从1增加到3.4mm，对应的曲线按照箭头所示的方向由内向外保护。这种变化趋势表明：通过控制h的大小来控制折射率的大小，可以实现所需要的折射率分布。
如图3所示，通过在不同的位置采用不同槽深h的U型金属片结构，所设计的透镜在x方向和y方向表现出不同的折射率分布，与理论值的比较显示其具有良好的吻合度。
如图4所示，当源从y方向激励时，场图显示龙伯透镜的效果。如图5a所示，当源从y方向激励时，场图显示电磁波被束缚在透镜表面。图5b进一步反映了激励方向。
如图6所示，当源从x方向激励时，场图显示鱼眼透镜的效果。如图7a所示，当源从x方向激励时，场图显示电磁波被束缚在透镜表面。图7b进一步反映了激励方向。
如图8和图9所示，当源分别从y、x方向激励时，场图与仿真结果显示了良好的吻合度。
如图10所示，实物由介电常数为2.2的聚四氟乙烯板和金属U型凹槽结构组成。
本发明中的透镜设计在10GHz。在其他实施例中，根据工作频段不同，可采用类似的方法实现。通过调节透镜的结构参数来实现性能的改变，其中结构参数包括U型金属片单元的长度和宽度，以及U型金属片的槽深。
总之，本发明由周期性行列排布的U型金属片构成的超表面透镜具有各向异性的表面折射率，张量表面折射率的两个主轴分量被单独设计：两个主轴分别为沿U型金属槽的深度方向和宽度方向。沿深度方向的分量以透镜的物理中心为圆心向周侧均匀分布，并具有鱼眼透镜的折射率分布；沿宽度方向的分量以透镜的物理中心为圆心向周侧均匀分布，并具有龙伯透镜的折射率分布。因而当源放置在透镜沿金属槽深度方向的轴线上时，所设计的透镜具有鱼眼透镜的功能；当源放置在透镜沿金属槽宽度方向的轴线上时，所设计的透镜具有龙伯透镜的功能。在微波段实现对不同传播方向的表面等离激元的单独调控。透镜天线制作简单、工艺成熟、价格不高、便于推广；可通过结构参数的缩放，适用于微波、毫米波和太赫兹波等不同波段，利用具有各向异性特点的人工超表面实现了双功能表面波器件的设计。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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（改进或润饰包括U型金属片单元的长度和宽度，U型金属片的槽深，槽深的渐变规律等），这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种超表面透镜，其特征在于，包括介质衬底（1）以及设置在介质衬底上的、由多个结构单元（3）周期性行列排布组成的表面金属结构（2），所述表面金属结构（2）成中心对称，所述结构单元的槽深从对称中心向外周渐变；
所述结构单元包括U型金属片；所述U型金属片的槽深从对称中心向外周逐渐减小；所述结构单元的槽深从对称中心向外周逐渐减小；距离对称中心相等的U型金属片的槽深相等；
在不同的方向上，U型金属片的对称方式不同：在不同行之间的对称关系上，U型金属片沿对称轴成“背靠背”排列；在不同列之间的对称关系上，U型金属片沿对称轴成“肩并肩”排列；
超表面透镜的两个主轴分别为沿U型金属槽的深度方向和宽度方向，沿深度方向的分量以透镜的物理中心为圆心向周侧均匀分布，并具有鱼眼透镜的折射率分布；沿宽度方向的分量以透镜的物理中心为圆心向周侧均匀分布，并具有龙伯透镜的折射率分布。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310312164.3A CN103390801B (zh) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | 一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310312164.3A CN103390801B (zh) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | 一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103390801A CN103390801A (zh) | 2013-11-13 |
| CN103390801B true CN103390801B (zh) | 2015-07-01 |
Family
ID=49535002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310312164.3A Active CN103390801B (zh) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | 一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103390801B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104103907B (zh) * | 2014-07-16 | 2016-11-09 | 东南大学 | 同时调控表面波和传播波的新型人工电磁表面及制作方法 |
| CN105718692B (zh) * | 2016-01-27 | 2019-03-19 | 中国人民解放军空军工程大学 | 可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜 |
| CN105846106B (zh) * | 2016-05-26 | 2018-09-07 | 哈尔滨工业大学 | 基于超表面产生携带轨道角动量的贝塞尔波束的透镜及方法 |
| CN105826692B (zh) * | 2016-05-26 | 2018-09-07 | 哈尔滨工业大学 | 基于超表面产生具有汇聚效果的涡旋波束的透镜及方法 |
| EP3736912A4 (en) * | 2018-02-06 | 2020-12-30 | Huawei Technologies Co., Ltd. | LENS, LENS ANTENNA, RADIO REMOTE UNIT AND BASE STATION |
| CN110380224B (zh) * | 2019-07-25 | 2020-10-27 | 东南大学 | 一种各向异性反射式二比特双功能编码超表面及其设计方法 |
| WO2022051971A1 (en) * | 2020-09-10 | 2022-03-17 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Imaging optical system, imaging device and electronic device |
| CN111987473B (zh) * | 2020-09-17 | 2021-06-01 | 西安电子科技大学 | 一种极化可重构的涡旋多波束超表面卡塞格伦天线 |
| CN115201945A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-10-18 | 云南师范大学 | 一种基于伪表面等离激元的太赫兹透镜 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101699659A (zh) * | 2009-11-04 | 2010-04-28 | 东南大学 | 一种透镜天线 |
| CN102480016A (zh) * | 2011-05-19 | 2012-05-30 | 深圳光启高等理工研究院 | 一种能发散电磁波的非均匀超材料 |
| CN102891366A (zh) * | 2011-05-04 | 2013-01-23 | 深圳光启高等理工研究院 | 一种电磁透镜天线 |
| CN203445242U (zh) * | 2013-07-23 | 2014-02-19 | 东南大学 | 一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG194910A1 (en) * | 2011-06-07 | 2013-12-30 | Univ Nanyang Tech | Method of generating a metamaterial, and a metamaterial generated thereof |
-
2013
- 2013-07-23 CN CN201310312164.3A patent/CN103390801B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101699659A (zh) * | 2009-11-04 | 2010-04-28 | 东南大学 | 一种透镜天线 |
| CN102891366A (zh) * | 2011-05-04 | 2013-01-23 | 深圳光启高等理工研究院 | 一种电磁透镜天线 |
| CN102480016A (zh) * | 2011-05-19 | 2012-05-30 | 深圳光启高等理工研究院 | 一种能发散电磁波的非均匀超材料 |
| CN203445242U (zh) * | 2013-07-23 | 2014-02-19 | 东南大学 | 一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103390801A (zh) | 2013-11-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103390801B (zh) | 一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜 | |
| CN203445242U (zh) | 一种各向异性的鱼眼-龙伯超表面透镜 | |
| CN103515713B (zh) | 一种基于光学变换的超表面透镜天线及其制造方法 | |
| MX2011001903A (es) | Metamateriales para superficies y guias de ondas. | |
| CN102770009B (zh) | 一种吸波超材料 | |
| CN209104369U (zh) | 一种用于远程微波无线充电的超表面天线 | |
| CN111048908B (zh) | 一种光学透明型宽带超表面Salisbury屏吸波结构设计方法 | |
| CN103337710A (zh) | 一种基于新型人工电磁材料的宽频带低副瓣透镜天线 | |
| CN102790283A (zh) | 基于亚铁磁体的可调谐三频负磁导率超材料及制备方法 | |
| CN104730624A (zh) | 一种实现空间波与太赫兹人工表面等离激元波转换的装置 | |
| Roy et al. | Metamaterial-embedded dual wideband microstrip antenna for 2.4 GHz WLAN and 8.2 GHz ITU band applications | |
| CN102760966A (zh) | 宽频高透波超材料及其天线罩和天线系统 | |
| CN103647152A (zh) | 一种宽带极化不敏感的超材料吸波体 | |
| CN103390800B (zh) | 基于人工电磁材料的表面等离激元透镜 | |
| CN102394375A (zh) | 一种双频宽带波纹喇叭馈源天线 | |
| CN102904057B (zh) | 一种新型人工电磁材料 | |
| CN101976760A (zh) | 一种谐振环左手媒质贴片天线 | |
| CN104659495A (zh) | 一种电控调节辐射频率的人工结构材料及其制作方法 | |
| CN102800987B (zh) | 一种超材料反射镜 | |
| US11171423B2 (en) | Meta-structure having multifunctional properties and device using the same | |
| CN102790275B (zh) | 电磁波分束器 | |
| CN104682006A (zh) | 一种中间凹槽的周期波纹平板天线 | |
| CN204391261U (zh) | 一种新型电小尺寸弯折线微带天线 | |
| CN102882007A (zh) | 一种微波平板菲涅尔透镜 | |
| CN203398306U (zh) | 基于人工电磁材料的表面等离激元透镜 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |