CN110190365A - 基于对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法 - Google Patents

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杨蕤生
付全红
樊元成
张富利
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Abstract

本发明涉及一种基于对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法，通过在对称性破缺超表面中引入开关二极管，利用外加偏压调控明单元电偶极谐振模式，使得明暗单元模式之间的耦合强度发生显著变化，从而可以对类电磁诱导透明效应进行动态可调，最终实现对微波透射频谱的高效显著调控。

Description

基于对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法
技术领域
本发明属于微波技术领域，具体涉及一种对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法。
背景技术
微波调制器一般来说是利用参数可调的材料或电子元器件来调控微波信号的振幅或者是相位的器件，在信号调制、微波通信、电磁滤波等领域具有广泛的应用前景。现阶段的微波调制器件普遍都存在调制深度较浅，调制频率单一，调制装置复杂等缺点，另外由于传统的微波调制器件受限于材料自身的性质限制，导致这些器件一般体积大、质量重、效率低，不再适用于现代电磁和光子技术对集成化和小型化的需求。以超表面为代表的新型电磁调制器件能够通过亚波长尺寸的二维平面结构单元高效的调控电磁波传输，能够有效解决传统电磁波调器件的缺点，引起研究者广泛关注。结合近些年来研究者通过超材料实现类电磁诱导透明效应并进行调控，为实现高效调制电磁波提供了新的思路。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决传统微波调制器件结构复杂，调制深度较浅，调制频率单一的问题，本发明提出一种基于对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法。
技术方案
一种基于对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法，其特征在于：所述的基于对称性破缺超表面为在介质板上设有一个竖直金属线和一个水平金属线，其中竖直金属线中间开一个小口用于焊接开关二极管，开关二极管两端连接外加电源进行馈电调节，水平金属线偏离基板水平正中心形成对称性破缺超表面；将所述的基于对称性破缺超表面放置于波导的横截面中，入射电场沿着竖直金属线方向，利用馈电电压调节开关二极管的导通与断开状态，控制竖直金属线电模式谐振频率以及强弱，进而调控两个电偶极模式之间的耦合，实现对电磁诱导透明效应的动态可调。
所述的基于对称性破缺超表面的具体尺寸：介质板为1mm的特氟龙基板；竖直金属线的线宽为2mm，长度为32mm；水平金属线为H形状，线宽为2mm，长度为26mm，偏离水平正中心3mm，两侧的高为10mm，距离竖直金属线为2mm。
有益效果
本发明提出的一种基于对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法，具有如下的效果和优点：
1.本发明基于两个电模式之间的干涉行为实现类电磁诱导透明效应，并且利用开关二极管随电压的依赖关系，控制明暗单元的耦合强弱，从而实现对电磁波的高效调制。
2.本发明采用的调制方法能够以较低的电压高效率的对电磁波信号进行调制，在三个特征频率处都能达到高效的调制深度。
3.本发明采用成熟的印刷电路板制备样品，具有成本可控，加工简单的优点。
附图说明
图1是本发明基于对称性破缺超表面动态调控类电磁诱导透明效应方法的结构示意图
图2是本发明基于对称性破缺超表面动态调控类电磁诱导透明效应方法案例的实物图
图3是本发明对称性于对称性破缺超表面在不同电压下的透射曲线
图4是本发明基于对称性破缺超表面动态调控类电磁诱导透明效应方法案例在2.96GHz、3.11GHz和3.76GHz三个特征频率处的微波透射调制变化曲线
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明涉及一种基于对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法，利用外加偏压调控明单元电偶极谐振模式，使得明暗单元模式之间的耦合强度发生显著变化，从而可以对类电磁诱导透明效应进行动态可调，最终实现对微波透射频谱的高效显著调控。对二极管两端施加外部偏压，可以改变开关二极管的工作特性，使其能够在“导通”和“断开”两种状态之间可逆转变，从而影响明暗模式之间的耦合强弱。当二极管处于断开状态时，明单元谐振模式在较高频段与电磁波作用激励电谐振，由于这个谐振模式在频谱上远离暗单元的谐振区间，所以无法激励暗模式。当二极管处于导通状态时，明单元谐振模式在相对低频段的工作区间，此时恰好能激励暗模式电谐振单元，这两个谐振模式之间通过近场耦合作用发生干涉，诱导发生类电磁诱导透明效应。通过电压的调节，对明暗单元之间的近场耦合进行精确控制，实现对电磁波信号的高效调制。在三个电磁波特征频率处，其调制深度可以达到极大值。另外通过控制金属结构的几何尺寸，可以有效调节器件的工作频率。
本发明的具体结构实现如附图1：包括一个竖直金属线1和一个水平金属线2组成的条带结构，其中竖直金属线中间开一个小口用于焊接开关二极管，利用馈电电压调节开关二极管的工作状态，进而影响明模式电谐振的谐振强弱以及谐振频率，实现类电磁诱导透明效应的动态高效调制。水平金属线偏离基板正中心形成对称性破缺超表面，入射电场沿着竖直金属线方向，且整个结构置于波导中。通过馈电电压的调节改变明暗单元之间的近场耦合可以显著调节微波透射谱线。
金属线条宽度为w＝2毫米(mm)，材质为金属铜，图1中各项几何参数值分别为L1＝32mm，L2＝26mm，g＝1.3mm，δ＝3mm，W＝10mm，and s＝2mm。整个结构通过印刷电路板技术打印到1毫米厚的特氟龙基板上(实物图见附图2)。同时在竖直金属线两端添加馈电导线，连接外加电源进行馈电调节。本发明案例在波导环境中进行测试，透射率曲线如附图3所示；在馈电电压为0伏特(V)时，二极管处于断开状态，此时器件的工作状态表现为竖直金属线在较高频率3.76GHz的电谐振模式，透射率达到-16.17dB；当馈电电压增加到1.2伏特(V)时，竖直金属线电谐振模式转变到较低频率处，此时能够与水平金属线的电偶极模式相互作用并且在透射率谱线上展现出类电磁诱导透明效应谱线；当馈电电压在0到1.2V之间逐渐改变时，则可以在两个工作状态之间渐进变化，进而实现对类电磁诱导透明效应谱线的动态调控。附图4选取了2.96GHz、3.11GHz和3.76GHz三个特征频率处透射率随电压的变化，实验结果表明最大调制幅度可以达到25dB，调制深度达到95％。本发明案例涉及的金属条带结构简单，易于加工制作，在设计制备过程中可以改变其几何尺寸对不同频段电磁波进行高效调制。

Claims (2)

1.一种基于对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法，其特征在于：所述的基于对称性破缺超表面为在介质板上设有一个竖直金属线(1)和一个水平金属线(2)，其中竖直金属线中间开一个小口用于焊接开关二极管，开关二极管两端连接外加电源进行馈电调节，水平金属线偏离基板水平正中心形成对称性破缺超表面；将所述的基于对称性破缺超表面放置于波导的横截面中，入射电场沿着竖直金属线方向，利用馈电电压调节开关二极管的导通与断开状态，控制竖直金属线电模式谐振频率以及强弱，进而调控两个电偶极模式之间的耦合，实现对电磁诱导透明效应的动态可调。
2.根据权利要求1所述的一种基于对称性破缺超表面实现类电磁诱导透明谱线的方法，其特征在于所述的基于对称性破缺超表面的具体尺寸：介质板为1mm的特氟龙基板；竖直金属线的线宽为2mm，长度为32mm；水平金属线为H形状，线宽为2mm，长度为26mm，偏离水平正中心3mm，两侧的高为10mm，距离竖直金属线为2mm。
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WO2009137124A2 (en) * 2008-02-07 2009-11-12 The Penn State Research Foundation Methods and apparatus for reduced coupling and interference between antennas
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