WO2012155471A1 - 基于超材料的天线和超材料面板的工作波长的生成方法 - Google Patents

基于超材料的天线和超材料面板的工作波长的生成方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2012155471A1
WO2012155471A1 PCT/CN2011/082311 CN2011082311W WO2012155471A1 WO 2012155471 A1 WO2012155471 A1 WO 2012155471A1 CN 2011082311 W CN2011082311 W CN 2011082311W WO 2012155471 A1 WO2012155471 A1 WO 2012155471A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
same
core layer
wavelength
layer
refractive index
Prior art date
Application number
PCT/CN2011/082311
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
刘若鹏
季春霖
岳玉涛
Original Assignee
深圳光启高等理工研究院
深圳光启创新技术有限公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司 filed Critical 深圳光启高等理工研究院
Priority to EP11855255.3A priority Critical patent/EP2712026B1/en
Priority to US13/522,952 priority patent/US9160077B2/en
Publication of WO2012155471A1 publication Critical patent/WO2012155471A1/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens

Definitions

  • This invention relates to the field of antennas, and more particularly to a method for generating operating wavelengths of supermaterial-based antennas and metamaterial panels.
  • a spherical wave radiated from a point source located at a focus of a lens is refracted by a lens to become a plane wave.
  • the lens antenna is composed of a lens and a radiator placed at the focus of the lens. The antenna is concentrated by the characteristics of the lens convergence, and the electromagnetic wave radiated from the radiator is concentrated by the lens and then emitted.
  • the convergence of the lens is achieved by the refraction of the spherical shape of the lens.
  • the spherical wave emitted by the radiator 30 is concentrated by the spherical lens 40 and then emitted as a plane wave.
  • the lens antenna has at least the following technical problems:
  • the spherical lens 40 is bulky and cumbersome, which is disadvantageous for miniaturization;
  • the spherical lens 40 has a large dependence on the shape and requires relatively accurate Achieve directional propagation of the antenna; an antenna can only work at one operating frequency point, and cannot respond at other frequency points different from its working frequency.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for generating an operating wavelength of a super material-based antenna and a metamaterial panel in view of the above-mentioned defects of large volume and single operating frequency point in the prior art.
  • a super material-based antenna comprising: a radiation source and a metamaterial panel having an electromagnetic wave convergence function and operating at a first wavelength;
  • the metamaterial panel comprises a plurality of a core layer and a plurality of graded layers symmetrically distributed on both sides of the core layer, each core layer and each graded layer comprising a sheet-shaped substrate and a plurality of artificial microstructures disposed on the substrate, the artificial The microstructure is a planar structure or a three-dimensional structure composed of at least one wire for converting electromagnetic waves emitted by the radiation source into plane waves and causing the antenna to operate simultaneously at less than the first wavelength and a second wavelength and a third wavelength in a different multiple relationship with the first wavelength; wherein, each core layer has the same refractive index distribution, and each core layer includes a circular area And a plurality of annular regions concentric with the circular region, wherein the refractive index of the circular region and the annular region continuously decreases from n
  • each of the gradation layers distributed on the same side of the core layer includes a circular area and a plurality of annular areas concentric with the circular area, each of the gradation layers corresponding to the The circular region and the annular region have the same refractive index variation range and continuously decrease from the maximum refractive index to n 0 as the radius increases, and the refractive index at the same radius is the same, two adjacent gradient layers
  • the maximum refractive index is expressed as n ⁇ n 1+1 , where n ⁇ n ⁇ n ⁇ np, i is a positive integer corresponding to a gradation layer that is further away from the core layer.
  • the plurality of artificial microstructures of each core layer have the same geometry, and the size of the artificial microstructures in each region continuously decreases with increasing radius and at the same radius
  • the artificial microstructures are the same size.
  • the plurality of artificial microstructures of each gradation layer have the same geometry, and the size of the artificial microstructures in each region continuously decreases with increasing radius and at the same radius
  • the size of the artificial microstructure is the same, and the size of the artificial microstructure at the same radius in the same region corresponding to the gradient layer farther from the core layer in the two adjacent graded layers is smaller.
  • the refractive index of each layer of the metamaterial panel is:
  • n 1 (r) i*n max /N-(i/(N*d))*( ⁇ r 2 + s 2 - ⁇ L(j) 2 + S 2 ) *( n max -(N/i )* n mm )/( n max - l ⁇ min),
  • the plurality of artificial microstructures of each core layer have the same geometry, and the size of the artificial microstructures in each region continuously decreases with increasing radius and at the same radius
  • the artificial microstructures are the same size.
  • the wire is a copper wire or a silver wire.
  • the wire is attached to the substrate by etching, plating, drilling, photolithography, electron etching or ion etching.
  • a super material-based antenna comprising: a radiation source and a super material panel having an electromagnetic wave convergence function and operating at a first wavelength;
  • the metamaterial panel is configured to convert electromagnetic waves emitted by the radiation source into plane waves and cause the antenna to simultaneously operate at a second wavelength and a third value that are smaller than the first wavelength and have a different multiple relationship with the first wavelength On the wavelength.
  • the metamaterial panel includes a plurality of core layers and a plurality of graded layers symmetrically distributed on both sides of the core layer, each core layer and each graded layer including a sheet substrate and A plurality of artificial microstructures disposed on the substrate.
  • each core layer has the same refractive index distribution, and each core layer includes a circular area and a plurality of annular areas concentric with the circular area, the circular area and the The refractive index in the annular region continuously decreases from n p to n 0 as the radius increases, and the refractive index at the same radius is the same.
  • each of the gradation layers distributed on the same side of the core layer includes a circular area and a plurality of annular areas concentric with the circular area, each of the gradation layers corresponding to the The circular region and the annular region have the same refractive index variation range and continuously decrease from the maximum refractive index to n 0 as the radius increases, and the refractive index at the same radius is the same, two adjacent gradient layers
  • the maximum refractive indices are expressed as 13 ⁇ 4 and 11 1+1 , where ⁇ ⁇ ⁇ , i is a positive integer, and ⁇ 3 ⁇ 4 corresponds to a graded layer that is further from the core layer.
  • the plurality of artificial microstructures of each core layer have the same geometry, and the size of the artificial microstructures in each region continuously decreases with increasing radius and at the same radius
  • the artificial microstructures are the same size.
  • the plurality of artificial microstructures of each gradation layer have the same geometry, and the size of the artificial microstructures in each region continuously decreases with increasing radius and at the same radius
  • the size of the artificial microstructure is the same, and the size of the artificial microstructure at the same radius in the same region corresponding to the gradient layer farther from the core layer in the two adjacent graded layers is smaller.
  • the refractive index of each layer of the metamaterial panel is:
  • n 1 (r) i*n max /N-(i/(N*d))*( r 2 + , 2 - *( n -(N/i)* n /( n
  • i denotes the first layer, and i ⁇ l, from far to near (distance from the core layer)
  • i l, 2 ⁇ ⁇ ⁇
  • N c+1 , c denotes the number of layers of one gradient layer
  • the plurality of artificial microstructures of each core layer have the same geometry, and the size of the artificial microstructures in each region continuously decreases with increasing radius and at the same radius The artificial microstructures are the same size.
  • the artificial microstructure is a planar structure or a three-dimensional structure composed of at least one wire.
  • the wire is a copper wire or a silver wire.
  • the wire is attached to the substrate by etching, plating, drilling, photolithography, electron etching or ion etching.
  • the artificial microstructure is a "work" shape, a "ten” shape or a “king” shape.
  • the present invention also provides a method for generating an operating wavelength of a metamaterial panel of an antenna, wherein the antenna can simultaneously operate at a second wavelength ⁇ 2 and a third wavelength ⁇ 3 , the method comprising:
  • the antenna can work at two different wavelengths simultaneously, and the electromagnetic wave emitted by the radiation source is adjusted by adjusting the refractive index change on the super material panel. Converted to a plane wave, which improves the convergence performance of the antenna, enhances the transmission distance, reduces the size and size of the antenna, and ensures that the antenna operates at different frequency points (ie, different wavelengths), so that there are different frequency points. When needed, it can be realized without replacing the antenna, which reduces the cost of use.
  • 1 is a schematic view showing a concentrated spherical wave of a conventional spherical lens antenna
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a super-material based antenna converging electromagnetic wave according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a flow chart of a method for generating an operating wavelength of the metamaterial panel 10 illustrated in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a schematic structural view of the metamaterial panel 10 shown in FIG. 2;
  • Figure 5 is a schematic view showing the refractive index of the core layer as a function of radius
  • Figure 6 is a schematic view showing the refractive index of the graded layer as a function of radius
  • Figure 7 is a refractive index profile of the core layer of the metamaterial panel in the yz plane
  • Figure 8 is a graph showing the refractive index profile of the i-th graded layer of the metamaterial panel on the yz plane.
  • the metamaterial is a novel material having a human body structure 402 as a basic unit and spatially arranged in a specific manner, having a special electromagnetic response, including an artificial microstructure 402 and a substrate 401 for attachment of the artificial microstructure.
  • the artificial microstructure 402 is a planar structure or a three-dimensional structure composed of at least one metal wire, and a plurality of artificial microstructures 402 are arranged in an array on the substrate 401, and each artificial microstructure 402 and the substrate 401 to which it is attached are occupied. It is a metamaterial unit.
  • the substrate 401 can be any material different from the artificial microstructure 402.
  • the superposition of the two materials causes each of the metamaterial units to produce an equivalent dielectric constant and a magnetic pair electromagnetic response characteristic determined by the characteristics of the artificial microstructure 402.
  • the electromagnetic response of the artificial microstructure 402 is highly dependent on the topographical features of the pattern of the wire and its geometry.
  • the electromagnetic parameters of each point in the metamaterial can be set by designing the topography and geometric dimensions of each artificial microstructure 402 arranged in the metamaterial space according to the above principle.
  • FIG. 2 shows a metamaterial-based antenna comprising: a radiation source 20 and a metamaterial panel 10 having an electromagnetic wave convergence function and operating at a first wavelength ⁇ , the metamaterial panel 10 for emitting electromagnetic waves from the radiation source 20. Converting to a plane wave and causing the antenna to operate simultaneously at a second wavelength ⁇ 2 and a third wavelength ⁇ 3 that are less than the first wavelength ⁇ and are in a multiple of the first wavelength.
  • the convergence effect of the antenna on electromagnetic waves is shown in Figure 2.
  • Step 301 Acquire a value m 3 / m 2 (m 3 and m 2 are positive integers) in which the ratio ⁇ 3 / ⁇ 2 of the third wavelength ⁇ 3 and the second wavelength ⁇ 2 is within a preset error range; preset error The range can be set according to the calculation accuracy, such as 0.01 and so on.
  • Step 302 Calculate a least common multiple of m 2 and m 3
  • ⁇ 6 ⁇ 11 can be obtained by the above calculation process.
  • the refractive index of electromagnetic waves is proportional to the relationship, when a beam of electromagnetic When a wave propagates from one medium to another, the electromagnetic wave will refract. When the refractive index distribution inside the material is non-uniform, the electromagnetic wave will be deflected to a position where the refractive index is relatively large.
  • the electromagnetic parameters can adjust the refractive index distribution of the metamaterial to achieve the purpose of changing the propagation path of the electromagnetic wave.
  • the electromagnetic wave diverging in the form of a spherical wave emitted from the radiation source 20 can be converted into an electromagnetic wave in the form of a plane wave suitable for long-distance transmission by designing the refractive index distribution of the metamaterial panel 10.
  • the metamaterial panel 10 includes a plurality of core layers and a plurality of graded layers symmetrically distributed on both sides of the core layer, each core layer and each graded layer. Each includes a sheet substrate 401 and a plurality of artificial microstructures 402 disposed on the substrate 401. Each of the artificial microstructures 402 and the portion of the substrate 401 to which it is attached is a metamaterial unit.
  • the metamaterial panel 10 is formed by stacking a plurality of metamaterial sheets, which are assembled at equal intervals between the layers of the supermaterial, or the front and back surfaces of the two sheets are bonded integrally to each other. In the specific implementation, the number of super material sheets can be designed according to requirements.
  • Each of the metamaterial sheets is formed by an array of a plurality of metamaterial units, and the entire metamaterial panel 10 can be regarded as being arranged in an array of a plurality of metamaterial units in three directions of X, ⁇ , and ⁇ .
  • the refractive index distribution of the intermediate core layer satisfies the following rules:
  • the refractive index distribution of each layer is the same, each core layer a circular region and a plurality of annular regions concentric with the circular region, wherein the circular region and the annular region have a refractive index continuously decreasing from ⁇ to ⁇ 0 and the same radius as the radius increases
  • the refractive index is the same.
  • the middle three layers are the core layer 3
  • the two layers on both sides of the core layer are graded layers 1, 2, and the gradient layers on both sides are symmetrically distributed, that is, the distance from the core layer.
  • the gradient layer characteristics at the same distance are the same.
  • the number of core and gradient layers of the metamaterial panel in Figure 4 is only an example and can be set as needed.
  • the thickness of the finally produced metamaterial panel is D
  • the thickness of each layer is t
  • the number of layers of the graded layer on one side of the core layer is c
  • the wavelength of the working of the metamaterial panel 10 is ⁇ 1
  • the interval is n max ⁇ n mm
  • a n n max -n mm
  • the number of layers of the core layer is b
  • the graded layer is mainly used to achieve the buffering effect of the refractive index, avoid the change of the refractive index when the electromagnetic wave is incident, reduce the reflection of the electromagnetic wave, and play the role of impedance matching and phase compensation.
  • each core layer includes a circular area and a a plurality of annular regions concentric in a circular region, the circular regions and the refractive index in the annular region along with a radius
  • the increase decreases continuously from n p to n 0 and the refractive index at the same radius is the same.
  • a schematic diagram of the refractive index of the core layer as a function of radius is shown in Figure 5.
  • each core layer includes three regions, the first region is a circular region having a radius L1; the second region is an annular region, the ring width is changed from L1 to L2; and the third region is an annular region, a ring width From L2 to L3, the refractive indices of the three regions in the direction of increasing radius are sequentially reduced from n p (i.e., n max ) to n Q (i.e., n mm ), n p > n Q .
  • the refractive index profile of each layer of the core layer is the same.
  • FIG. 6 A schematic diagram of the refractive index of the graded layer as a function of radius is shown in Figure 6. Similar to the distribution of the core layer, the only difference is that the maximum refractive index of each region is different. The maximum refractive index of the core layer is n p , and the maximum refractive index of the graded layer is! 3 ⁇ 4, and different gradient layers are different.
  • Each of the gradation layers distributed on the same side of the core layer includes a circular area and a plurality of annular areas concentric with the circular area, and a circular area corresponding to two adjacent gradation layers and a maximum refraction in the annular area
  • the rates are expressed as 13 ⁇ 4 and 11 1+1 , where no ⁇ n ⁇ np, i is a positive integer, and ⁇ 3 ⁇ 4 corresponds to a gradation layer farther from the core layer; the circular region and the corresponding each gradation layer refractive index in said annular region increases as the radius decreases continuously from its maximum refractive index of the refractive index n 0 at the same radius and the same. That is to say, for FIG.
  • the refractive index distribution for each specific layer of the metamaterial panel can be expressed by the following equation as a function of the radius r:
  • n 1 (r) i*n max /N-(i/(N*d))*( r 2 + , 2 - ⁇ O') 2 ) *(n max -(N/i)*n /( Iwn
  • i denotes the first layer, and 1 , from far to near (distance from the core layer)
  • i l, 2 ⁇ ⁇ ⁇
  • N c+1 , c denotes the number of layers of one gradient layer
  • n max denotes the core
  • the wavelength is 2 ⁇ 11
  • ⁇ 3 1 C m
  • L(l) 0cm
  • L(2) 9.17cm
  • L(3) 13.27cm
  • L(4) 16.61cm
  • thickness of each layer t 0.818mm; according to the number of layers b and gradient of the core layer
  • the refractive index distribution of each layer of the metamaterial panel is as follows:
  • the first gradient layer is the first gradient layer
  • Ni(r) i*n max /N-(i/(N*d))* ( r 2 +, 2
  • the second layer of gradient layer is the second layer of gradient layer.
  • the refractive index distribution of each layer is the same, that is, both are n 3 (r):
  • the specific values in the above formulas are merely examples and are not intended to limit the invention.
  • the maximum refractive index, the minimum refractive index, the number of layers of the gradient layer, and the like can be changed as needed.
  • the metamaterial panel 10 satisfying the above refractive index change relationship, the electromagnetic wave diverging in the form of a spherical wave emitted from the radiation source 20, is centered on the metamaterial unit having a refractive index of ⁇ 3 ⁇ 4 or np , and the super-material panel increases with the radius 10
  • the amount of change in refractive index in the yz plane gradually increases. As the radius increases, the angle of deflection of the incident electromagnetic wave is large, and the closer to the electromagnetic wave incident on the metamaterial unit where the center is located, the smaller the exit deflection angle.
  • these deflection angles are sequentially satisfied to a certain regularity, and spherical electromagnetic waves can be parallelly emitted.
  • the corresponding surface curvature characteristics can be designed such that the incident divergent rays are emitted in parallel from the focal point of the lens.
  • the metamaterial-based antenna of the present invention can obtain the dielectric constant ⁇ and the magnetic permeability ⁇ of the unit by designing the artificial microstructure of each metamaterial unit, and then the deflection angle of the polymaterial panel 10 can be The electromagnetic wave that realizes the divergence of the spherical wave is converted into an electromagnetic wave in the form of a plane.
  • the super-material units with the same refractive index are connected into a line, and the density of the line is used to indicate the size of the refractive index.
  • the refractive index distribution of the graded layer is similar to that of the core layer, but the maximum refractive index of each layer of the graded layer is different.
  • the maximum refractive index of the i-th graded layer is! 3 ⁇ 4
  • the minimum refractive index is n Q
  • the maximum refractive index of the graded layer ⁇ 3 ⁇ 4 (the closer i is closer to the core layer) satisfies the following law: ⁇ 1+1 > ⁇ .
  • the artificial microstructure of the same pattern 402 has a geometric dimension proportional to the dielectric constant ⁇ , so that the topographic pattern of the artificial microstructure 402 and the artificial microstructures 402 of different sizes are properly designed by the incident electromagnetic wave.
  • the refractive index distribution of the meta-material panel 10 can be adjusted, and electromagnetic waves diverging in the form of spherical waves can be converted into electromagnetic waves in a planar form.
  • the geometry may be axisymmetric or non-axisymmetric; for a three-dimensional structure, It can be any three-dimensional graphic that is not 90 degree rotationally symmetric.
  • the artificial microstructure is a planar structure or a three-dimensional structure composed of at least one wire.
  • the wire is a copper wire or a silver wire which can be attached to the substrate by etching, plating, drilling, photolithography, electron engraving or ion etching.
  • the present invention also provides a method for generating an operating wavelength of a metamaterial panel applied to the above-described metamaterial-based antenna.
  • the specific process is shown in FIG. 3, and the antenna can simultaneously operate at the second wavelength into 2 and The three wavelengths ⁇ 3 , the method comprises the following steps:
  • the invention designs the working wavelength of the super material panel so that the antenna can work at two different wavelengths at the same time, and the electromagnetic wave emitted by the radiation source is converted into a plane wave by adjusting the refractive index change on the super material panel, thereby improving the convergence of the antenna.
  • the performance, the transmission distance is enhanced, and the size and size of the antenna are reduced, and the antenna can be operated at different frequency points (that is, different wavelengths), so that when there are different frequency requirements, the antenna can be realized without replacing the antenna. Reduced the cost of use.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Description

基于超材料的天线和超材料面板的工作波长的生成方法
【技术领域】
本发明涉及天线领域， 更具体地说， 涉及基于超材料的天线和超材料面板 的工作波长的生成方法。
【背景技术】
在常规的光学器件中， 利用透镜能使位于透镜焦点上的点光源辐射出的球 面波经过透镜折射后变为平面波。 透镜天线是由透镜和放在透镜焦点上的辐射 器组成， 利用透镜汇聚的特性， 将辐射器辐射出的电磁波经过透镜汇聚后再发 射出去的天线， 这种天线方向性比较强。
目前透镜的汇聚是依靠透镜的球面形状的折射来实现， 如图 1 所示， 辐射 器 30发出的球面波经过球形的透镜 40汇聚后以平面波射出。 发明人在实施本 发明过程中， 发现透镜天线至少存在如下技术问题： 球形透镜 40的体积大而且 笨重， 不利于小型化的使用； 球形透镜 40对于形状有很大的依赖性， 需要比较 精准才能实现天线的定向传播； 一个天线只能工作在一个工作频点上， 在不同 于其工作频点的其他频点无法响应。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于， 针对现有技术的上述体积大、 工作频点单 一的缺陷， 提供一种基于超材料的天线和超材料面板的工作波长的生成方法。
本发明解决技术问题所釆用的技术方案是： 提供一种基于超材料的天线， 包括： 辐射源和具有电磁波汇聚功能且工作在第一波长的超材料面板； 所述超 材料面板包括多个核心层以及对称分布在所述核心层两侧的多个渐变层， 每一 核心层和每一渐变层均包括片状的基板和设置在所述基板上的多个人造微结 构， 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， 所述超 材料面板用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波并使得所述天线同时工 作在小于所述第一波长且与所述第一波长成不同倍数关系的第二波长和第三波 长上； 其中， 每一核心层的折射率分布均相同， 每一核心层包括一个圓形区域 和与所述圆形区域同心的多个环形区域， 所述圓形区域和所述环形区域内折射 率随着半径的增大从 np连续减小到 n0且相同半径处的折射率相同。
在本发明所述的天线中， 分布在所述核心层同一侧的每一渐变层均包括一 个圓形区域和与所述圓形区域同心的多个环形区域， 每一渐变层对应的所述圓 形区域和所述环形区域内的折射率变化范围相同且随着半径的增大从其最大折 射率连续减小到 n0, 相同半径处的折射率相同， 两个相邻的渐变层的最大折射 率表示为 n^ n1+1 , 其中 n^n^n ^np, i为正整数， 对应于距离所述核心层较 远的渐变层。
在本发明所述的天线中， 每一核心层的所述多个人造微结构具有相同的几 何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处 的人造微结构的尺寸相同。
在本发明所述的天线中， 每一渐变层的所述多个人造微结构具有相同的几 何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处 的人造微结构的尺寸相同， 且两个相邻的渐变层中距离所述核心层较远的渐变 层对应的同一区域内相同半径处的人造微结构的尺寸较小。
在本发明所述的天线中， 所述超材料面板每一层的折射率为：
n1(r)=i*nmax/N-(i/(N*d))*( ^r2 + s 2 - ^L(j)2 + S 2 ) *( nmax -(N/i)* nmm)/( nmax - l^min)，
其中 i表示第几层， 且 i≥l， 自远至近（距离核心层的距离） i=l、 2 · · ·; N=c+1， c表示一侧渐变层的层数； nmax表示核心层的最大折射率， nmm表示核心 层的最小折射率； r为半径； s表示辐射源与超材料面板的距离； d=(b+c)t, b表 示核心层的层数， t表示每一层的厚度， c表示一侧渐变层的层数； LG)表示每一 区域的起始半径， j表示第几区域， j≥l。
在本发明所述的天线中， 每一核心层的所述多个人造微结构具有相同的几 何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处 的人造微结构的尺寸相同。
在本发明所述的天线中， 所述金属丝为铜丝或银丝。
在本发明所述的天线中， 所述金属丝通过蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子 刻或离子刻的方法附着在基板上。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是： 提供一种基于超材料的 天线， 包括： 辐射源和具有电磁波汇聚功能且工作在第一波长的超材料面板， 所述超材料面板用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波并使得所述天线 同时工作在小于所述第一波长且与所述第一波长成不同倍数关系的第二波长和 第三波长上。
在本发明所述的天线中， 所述超材料面板包括多个核心层以及对称分布在 所述核心层两侧的多个渐变层， 每一核心层和每一渐变层均包括片状基板和设 置在所述基板上的多个人造微结构。
在本发明所述的天线中， 每一核心层的折射率分布均相同， 每一核心层包 括一个圓形区域和与所述圓形区域同心的多个环形区域， 所述圓形区域和所述 环形区域内折射率随着半径的增大从 np连续减小到 n0且相同半径处的折射率相 同。
在本发明所述的天线中， 分布在所述核心层同一侧的每一渐变层均包括一 个圓形区域和与所述圓形区域同心的多个环形区域， 每一渐变层对应的所述圓 形区域和所述环形区域内的折射率变化范围相同且随着半径的增大从其最大折 射率连续减小到 n0, 相同半径处的折射率相同， 两个相邻的渐变层的最大折射 率表示为 1¾和111+1 , 其中 η η^η ^ηρ, i为正整数， ι¾对应于距离所述核心层较 远的渐变层。
在本发明所述的天线中， 每一核心层的所述多个人造微结构具有相同的几 何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处 的人造微结构的尺寸相同。
在本发明所述的天线中， 每一渐变层的所述多个人造微结构具有相同的几 何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处 的人造微结构的尺寸相同， 且两个相邻的渐变层中距离所述核心层较远的渐变 层对应的同一区域内相同半径处的人造微结构的尺寸较小。
在本发明所述的天线中， 所述超材料面板每一层的折射率为：
n1(r)=i*nmax/N-(i/(N*d))*( r2 + ,2 -
Figure imgf000005_0001
*( n -(N/i)* n /( n
Hmin) ,
其中 i表示第几层， 且 i≥l , 自远至近（距离核心层的距离） i=l、 2 · · ·; N=c+1 , c表示一侧渐变层的层数； nmax表示核心层的最大折射率， nmm表示核心 层的最小折射率； r为半径； s表示辐射源与超材料面板的距离； d=(b+c)t, b表 示核心层的层数， t表示每一层的厚度， c表示一侧渐变层的层数； LG)表示每一 区域的起始半径， j表示第几区域， j≥l。 在本发明所述的天线中， 每一核心层的所述多个人造微结构具有相同的几 何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处 的人造微结构的尺寸相同。
在本发明所述的天线中， 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。
在本发明所述的天线中， 所述金属丝为铜丝或银丝。
在本发明所述的天线中， 所述金属丝通过蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子 刻或离子刻的方法附着在基板上。
在本发明所述的天线中，所述人造微结构为"工"字形、 "十"字形或 "王"字形。 本发明还提供一种天线的超材料面板的工作波长的生成方法， 所述天线可 同时工作在第二波长 λ 2和第三波长 λ 3, 所述方法包括：
获取与第三波长入 3和第二波长入 2的比值 λ 3/ λ 2在预设误差范围内的数值 m3/ m2;
计算 m2与 m3的最小公倍数
生成所述超材料面板的工作波长 ，可表示为： λ λ ^ π^/π^ )或 λ 1=入 3
Figure imgf000006_0001
实施本发明的技术方案， 具有以下有益效果： 通过设计超材料面板的工作 波长， 使得天线能够同时工作在两个不同的波长上， 通过调整超材料面板上的 折射率变化将辐射源发射的电磁波转换为平面波， 从而提高了天线的汇聚性能， 增强了传输距离， 而且减少了天线的体积和尺寸， 还能保证天线工作在不同频 点 （也即不同的波长）， 使得在有不同的频点需求时， 无需更换天线即可实现， 降低了使用成本。
【附图说明】
图 1是现有的球面形状的透镜天线汇聚电磁波的示意图；
图 2是本发明一实施例的基于超材料的天线汇聚电磁波的示意图； 图 3是图 2所述的超材料面板 10的工作波长的生成方法流程图；
图 4是图 2所示的超材料面板 10的结构示意图；
图 5是核心层的折射率随半径变化的示意图；
图 6是渐变层的折射率随半径变化的示意图；
图 7是超材料面板的核心层在 yz平面上的折射率分布图； 图 8是超材料面板的第 i层渐变层在 yz平面上的折射率分布图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
超材料是一种以人造微结构 402 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 402和供人造微结构附着的基 板 401。人造微结构 402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 402在基板 401上阵列排布， 每个人造微结构 402以及其所附着的 基板 401所占部分即为一个超材料单元。 基板 401可为任何与人造微结构 402 不同的材料， 这两种材料的叠加使每个超材料单元产生一个等效介电常数与磁 对电磁响应的特征是由人造微结构 402的特征所决定， 而人造微结构 402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朴特征和其几何尺寸。 根 据上述原理设计超材料空间中排列的每个人造微结构 402 的拓朴图形和几何尺 寸， 就可对超材料中每一点的电磁参数进行设置。
图 2示出了一种基于超材料的天线， 包括： 辐射源 20和具有电磁波汇聚功 能且工作在第一波长 λ ,的超材料面板 10,超材料面板 10用于将辐射源 20发射 的电磁波转换为平面波并使得所述天线同时工作在小于所述第一波长 λ ,且与 第一波长 成不同倍数关系的第二波长 λ 2和第三波长 λ 3上。天线对电磁波的 汇聚效果见图 2所示。
若希望天线工作在两个不同频点上， 该两个频点对应的波长分别为第二波 长 λ 2、 第三波长上 λ 3 , 那么需要计算超材料面板 10所工作的第一波长 入1 其中 λ ^ 生成过程如图 3所示， 详述如下：
步骤 301、 获取与第三波长 λ 3和第二波长 λ 2的比值 λ 3/ λ 2在预设误差范 围内的数值 m3/ m2(m3和 m2为正整数)；预设误差范围可依据计算精度进行设置， 比^口 0.01等。
步骤 302、 计算 m2与 m3的最小公倍数
步骤 303、 生成超材料面板 10的工作波长 λ " 可表示为： λ 1= λ 2 ( mi/m2 ) 或 入 ι=入 3 ( mi/m3 )。
以 入 2=2cm, A 3=3cm为例， 可以通过上述计算过程得到 λ 6^11。
作为公知常识我们可知， 电磁波的折射率与 成正比关系， 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 率分布非均勾时， 电磁波就会向折射率比较大的位置偏折， 通过设计超材料中 每一点的电磁参数， 就可对超材料的折射率分布进行调整， 进而达到改变电磁 波的传播路径的目的。 根据上述原理可以通过设计超材料面板 10的折射率分布 使从辐射源 20发出的球面波形式发散的电磁波转变成适于远距离传输的平面波 形式的电磁波。
图 4是图 2所示的超材料面板 10的结构示意图， 超材料面板 10包括多个 核心层以及对称分布在所述核心层两侧的多个渐变层， 每一核心层和每一渐变 层均包括片状基板 401和设置在基板 401上的多个人造微结构 402。每个人造微 结构 402以及其所附着的基板 401所占部分即为一个超材料单元。 超材料面板 10 由多个超材料片层堆叠形成， 这各个超材料片层之间等间距排列地组装， 或 两两片层之间直接前、 后表面相粘合地连接成一体。 具体实施时， 超材料片层 的数目可依据需求来进行设计。 每个超材料片层由多个超材料单元阵列形成， 整个超材料面板 10可看作是由多个超材料单元沿 X、 Υ、 Ζ三个方向阵列排布 而成。 通过对人造微结构 402的拓朴图案、 几何尺寸以及其在基板 401上分布 的设计， 使中间的核心层的折射率分布满足如下规律： 每一层的折射率分布均 相同， 每一核心层包括一个圓形区域和与所述圓形区域同心的多个环形区域， 所述圓形区域和所述环形区域内折射率随着半径的增大从 ηρ连续减小到 η0且相 同半径处的折射率相同。
如图 4所示， 仅示出了 7层， 其中中间三层为核心层 3 , 核心层两侧的两层 均为渐变层 1、 2, 且两侧的渐变层对称分布， 即距离核心层相同距离处的渐变 层特性相同。 图 4 中的超材料面板的核心层和渐变层的数量仅为示例， 可依据 需要进行设置。 假设最终制成的超材料面板的厚度为 D, 每一层的厚度为 t, 核 心层一侧的渐变层的层数为 c, 超材料面板 10工作的波长为 λ 1 核心层的折射 率变化区间为 nmax~nmm, A n=nmax-nmm, 核心层的层数为 b, 则核心层 b与渐变 层的层数 c具有如下关系： （b+c^^ A A n; D=b+2c。 其中， 渐变层主要是为了 实现折射率的緩冲作用， 避免电磁波入射时折射率较大的变化， 减少电磁波的 反射， 并起到阻抗匹配和相位补偿的作用。
以三层核心层， 核心层两侧各两层渐变层为例， 对于中间的三层核心层来 说， 每一层的折射率分布均相同， 每一核心层包括一个圓形区域和与所述圓形 区域同心的多个环形区域， 所述圓形区域和所述环形区域内折射率随着半径的 增大从 np连续减小到 n0且相同半径处的折射率相同。 核心层的折射率随半径变 化的示意图如图 5 所示。 作为示例， 每一核心层包括三个区域， 第一区域为圓 形区域， 其半径长度为 L1 ; 第二区域为环形区域， 环形宽度从 L1变化为 L2; 第三区域为环形区域， 环形宽度从 L2变化为 L3 , 三个区域沿半径增大方向折 射率依次从 np (即 nmax )减小为 nQ (即 nmm ), np >nQ。 核心层的每一层的折射率 分布均相同。
渐变层的折射率随半径变化的示意图如图 6 所示。 与核心层的分布类似， 区别仅在于每一区域的最大折射率不同， 核心层的最大折射率为 np, 渐变层的 最大折射率为 ！¾, 且不同的渐变层 1¾不同。 分布在核心层同一侧的每一渐变层 均包括一个圓形区域和与所述圓形区域同心的多个环形区域， 两个相邻的渐变 层对应的圆形区域和环形区域内的最大折射率表示为 1¾和 111+1 , 其中 no^n^^np, i为正整数， ι¾对应于距离所述核心层较远的渐变层； 每一渐变层 对应的所述圓形区域和所述环形区域内的折射率随着半径的增大从其最大折射 率连续减小到 n0且相同半径处的折射率相同。 也就是说， 对于图 4来说， 核心 层左侧的两层渐变层， 其中最左边的渐变层最大折射率为 , 另一渐变层最大 折射率为 , 而 nQ n n np。 同理， 由于核心层两侧的渐变层是对称分布的， 因此， 最右边的渐变层与最左边的渐变层折射率排布相同， 次右边的渐变层与 次左边的渐变层折射率排布相同。
对于超材料面板的具体每一层的折射率分布随着半径 r 的变化可用下式进 行表示：
n1(r)=i*nmax/N-(i/(N*d))*( r2 + ,2 -^O')2 ) *(nmax-(N/i)*n /(iwn 其中 i表示第几层， 且 1 , 自远至近（距离核心层的距离） i=l、 2 · · ·; N=c+1 , c表示一侧渐变层的层数； nmax表示核心层的最大折射率， nmm表示核心 层的最小折射率； r为半径； s表示辐射源与超材料面板的距离； d=(b+c)t, b表 示核心层的层数， t表示每一层的厚度， c表示一侧渐变层的层数； LG)表示每一 区域的起始半径， j表示第几区域， 其中 L(l)表示第一区域（即圓形区域） 的起始半径， 因此 L(l) =0, L(2)表示第二区域（环形区域） 的起始半径， L(3) 表示第三区域（环形区域） 的起始半径， 依次类推， 对于图 5所示， L(2)=L1 , L(3)= L1+L2、 L(4)= L1+L2+L3。 其中， 不管是渐变层还是核心层， 每一层的每 一区域的 LG)的取值都相同， 若要计算第一区域的 n(r), 则上述公式 LG)取值为 L(1) =0, 若要计算第二区域的 n(r), 则上述公式 LG)取值为 L(2), 以此类推。 对于如图 4所示的超材料面板， 标号为 1的渐变层， 在上式中 i取值为 1, 标号为 2的渐变层下式中 i取值为 2, 对于标号为 3的核心层， i取值为 3, —侧 渐变层的层数 c=2, 核心层的层数 b=3, N=c+1=3。
下面以一组实验数据为例， 详细解释上述公式的含义： 入射电磁波的频率 f=15GHz,波长 =2^11,天线能够同时工作的波长为 A2=0.67cm, λ 3=1 Cm(当 然 也是天线的工作波长， 也就是说至少可以同时工作在三个波长）， nmax=6, nmm=l , Δη=5, s=20cm, L(l)=0cm, L(2)=9.17cm, L(3)=13.27cm, L(4)=16.61cm, c=2, N=c+1=3; 每一层的厚度 t=0.818mm; 根据核心层的层数 b与渐变层的层 数 c的关系 （b+c^^A An, 可得 b=3; d=(b+c)t=5*0.818。 超材料面板每一层的 折射率分布如下：
对于渐变层来说， 自远至近（距离核心层的距离） i=l、 2。
第一层渐变层：
ni(r)=i*nmax/N-(i/(N*d))* ( r2+,2
Figure imgf000010_0001
=l*6/3-(l/(3*5*0.818mm))* ( r2 +202cm2 - L(jf + 202 cm2 ) *(6-(3/l)*l)/5 第一渐变层中的每一区域 LG)的值不同，其中，第一区域 j=l, LG)=L(1)=0; 第二区域 j=2, LG)=L(2)=9.17cm; 第三区域 j=3, L(j)=L(3)= 13.27cm。
第二层渐变层：
Figure imgf000010_0002
=2 * 6/3 - (2/(3 * 5 * 0.818 mm)) * (sir2 +202 cm2 -^L(j)2 +202 cm2 ) *(6-(3/2)*l)/5 第二渐变层中的每一区域 LG)的值不同，其中，第一区域 j=l, LG)=L(1)=0; 第二区域 j=2, LG)=L(2)=9.17cm; 第三区域 j=3, L(j)=L(3)= 13.27cm。
对于核心层， 每一层的折射率分布均相同， 也即均为 n3(r):
Figure imgf000010_0003
=3*6/3-(3/(3*5*0.818mm))* (Vr2+2。W -^L(j)2 +202 cm2 )*(6-(3/3)*l)/5 通过上述公式， 可以得到如下规律， 超材料面板自左向右每一层的最大折 射率依次降低， 例如， 第一层渐变层最大折射率 n=2, 第二层渐变层最大折射率 n=4, 第三、 四、 五层核心层最大折射率 n=6; 由于渐变层是对称分布的， 因此 右侧渐变层自右向左第一层渐变层最大折射率 n=2, 第二层渐变层最大折射率 n=4。也就是说， 图 6所示的渐变层的最大折射率 ι¾ (随着距离核心层越近 i越大) 满足如下规律： n1+1> !¾, 对于核心层， 最大折射率为 np。 上文关于公式中的具 体取值仅为示例， 并不作为对本发明的限制。 在实际应用中， 可依据需要进行 调整。 比如最大折射率、 最小折射率、 渐变层的层数等等都可以根据需要更改。 满足上述折射率变化关系的超材料面板 10,对于从辐射源 20发出的球面波 形式发散的电磁波， 以折射率为 ι¾ 或 np的超材料单元为圓心， 随着半径的增大 超材料面板 10在 yz平面上的折射率变化量逐渐增大， 随着半径的增大入射的 电磁波出射时偏折角度大， 越靠近圓心所在的超材料单元入射的电磁波其出射 偏折角越小。 通过一定的设计和计算， 使得这些偏折角依次满足一定的规律， 即可实现球面电磁波平行出射。 类似于凸透镜， 只要知道各个表面点对光的偏 折角度和材料的折射率， 即可设计出相应的表面曲率特征使从透镜焦点入射发 散光线平行出射。 同理本发明的基于超材料的天线通过设计各个超材料单元的 人造微结构， 得到该单元的介电常数 ε和磁导率 μ, 进而对超材料面板 10的折 的偏折角度， 即可实现球面波形式发散的电磁波转变为平面形式的电磁波。
为了更直观的表示超材料片层在 yz面上折射率折射率分布规律， 将折射率 相同的超材料单元连成一条线， 并用线的疏密来表示折射率的大小， 线越密折 射率越大，则符合以上所有关系式的超材料片层的每一核心层折射率分布如图 7 所示， 最大折射率为 np, 最小折射率为 nQ。 渐变层的折射率分布与核心层折射 率分布类似， 不过渐变层的每一层的最大折射率不同， 如图 8所示， 第 i层渐变 层的最大折射率为！¾, 最小折射率为 nQ, 渐变层的最大折射率 ι¾ (随着距离核心 层越近 i越大)满足如下规律： η1+1> ηι。
实验证明， 相同图案的人造微结构 402 , 其几何尺寸与介电常数成 ε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 402 的拓朴图案和 不同尺寸的人造微结构 402在超材料片层上的排布， 就可以调整超材料面板 10 的折射率分布， 进而实现球面波形式发散的电磁波转变为平面形式的电磁波。
实现上述折射率和折射率变化量分布关系的人造微结构 402有很多种可实 现方式，对于平面结构的人造微结构 402, 其几何形状可以是轴对称也可以非轴 对称； 对于三维结构， 其可以是非 90度旋转对称的任意三维图形。
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。 金属丝为铜 丝或银丝， 可通过蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或离子刻的方法附着在基 板上。
本发明还提供一种应用于上文所述的基于超材料的天线的超材料面板的工 作波长的生成方法， 具体过程如图 3所示， 天线可同时工作在第二波长 入 2和第 三波长 λ 3, 该方法包括如下步骤：
1 )获取与第三波长 入 3和第二波长入 2的比值 λ 3/ λ 2在预设误差范围内的数 值 m3/ m2(m3和 m2为正整数)；
2 )计算 m2与 m3的最小公倍数
3 )生成所述超材料面板的工作波长 ，可表示为： λ 1= λ 2( mi/m2 )或 λ 1=入 3
Figure imgf000012_0001
本发明通过设计超材料面板的工作波长， 使得天线能够同时工作在两个不 同的波长上， 通过调整超材料面板上的折射率变化将辐射源发射的电磁波转换 为平面波， 从而提高了天线的汇聚性能， 增强了传输距离， 而且减少了天线的 体积和尺寸， 还能保证天线工作在不同频点（也即不同的波长）， 使得在有不同 的频点需求时， 无需更换天线即可实现， 降低了使用成本。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述， 但是本发明并不局限于上述 的具体实施方式， 上述的具体实施方式仅仅是示意性的， 而不是限制性的， 本 领域的普通技术人员在本发明的启示下， 在不脱离本发明宗旨和权利要求所保 护的范围情况下， 还可做出很多形式， 这些均属于本发明的保护之内。

Claims

权 利 要求
1、 一种基于超材料的天线， 其特征在于， 包括：
辐射源和具有电磁波汇聚功能且工作在第一波长的超材料面板；
所述超材料面板包括多个核心层以及对称分布在所述核心层两侧的多个渐 变层， 每一核心层和每一渐变层均包括片状的基板和设置在所述基板上的多个 人造微结构， 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， 所述超材料面板用于将所述辐射源发射的电磁波转换为平面波并使得所述天线 同时工作在小于所述第一波长且与所述第一波长成不同倍数关系的第二波长和 第三波长上；
其中， 每一核心层的折射率分布均相同， 每一核心层包括一个圓形区域和 与所述圓形区域同心的多个环形区域， 所述圓形区域和所述环形区域内折射率 随着半径的增大从 np连续减小到 n0且相同半径处的折射率相同。
2、 根据权利要求 1所述的天线， 其特征在于， 分布在所述核心层同一侧的 每一渐变层均包括一个圓形区域和与所述圓形区域同心的多个环形区域， 每一 渐变层对应的所述圓形区域和所述环形区域内的折射率变化范围相同且随着半 径的增大从其最大折射率连续减小到 n0 , 相同半径处的折射率相同， 两个相邻 的渐变层的最大折射率表示为 1¾和111+1 , 其中 η η^η ^ηρ, i为正整数， ι¾对应 于距离所述核心层较远的渐变层。
3、 根据权利要求 2所述的天线， 其特征在于， 每一核心层的所述多个人造 微结构具有相同的几何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连 续减小且相同半径处的人造微结构的尺寸相同。
4、 根据权利要求 3所述的天线， 其特征在于， 每一渐变层的所述多个人造 微结构具有相同的几何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大连 续减小且相同半径处的人造微结构的尺寸相同， 且两个相邻的渐变层中距离所 述核心层较远的渐变层对应的同一区域内相同半径处的人造微结构的尺寸较 小。
5、 根据权利要求 4所述的天线， 其特征在于， 所述超材料面板每一层的折 射率为：
n1(r)=i*nmax/N-(i/(N*d))*( r2 + ,2 - ^Wf + s2 ) *( n -(N/i)* n /( n
Hmin) , 其中 i表示第几层， 且 i≥l , 自远至近（距离核心层的距离） i=l、 2 · · ·; N=c+1 , c表示一侧渐变层的层数； nmax表示核心层的最大折射率， nmm表示核心 层的最小折射率； r为半径； s表示辐射源与超材料面板的距离； d=(b+c)t, b表 示核心层的层数， t表示每一层的厚度， c表示一侧渐变层的层数； LG)表示每一 区域的起始半径， j表示第几区域， j≥l。 3、 根据权利要求 2所述的天线， 其特 征在于， 每一核心层的所述多个人造微结构具有相同的几何形状， 每一区域内 人造微结构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处的人造微结构的尺寸 相同。
6、 根据权利要求 1所述的天线， 其特征在于， 所述金属丝为铜丝或银丝。
7、根据权利要求 1所述的天线， 其特征在于， 所述金属丝通过蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或离子刻的方法附着在基板上。
8、 一种基于超材料的天线， 其特征在于， 包括： 辐射源和具有电磁波汇聚 功能且工作在第一波长的超材料面板， 所述超材料面板用于将所述辐射源发射 的电磁波转换为平面波并使得所述天线同时工作在小于所述第一波长且与所述 第一波长成不同倍数关系的第二波长和第三波长上。
9、 根据权利要求 8所述的天线， 其特征在于， 所述超材料面板包括多个核 心层以及对称分布在所述核心层两侧的多个渐变层， 每一核心层和每一渐变层 均包括片状的基板和设置在所述基板上的多个人造微结构。
10、 根据权利要求 9 所述的天线， 其特征在于， 每一核心层的折射率分布 均相同， 每一核心层包括一个圓形区域和与所述圓形区域同心的多个环形区域， 所述圓形区域和所述环形区域内折射率随着半径的增大从 np连续减小到 n0且相 同半径处的折射率相同。
11、 根据权利要求 10所述的天线， 其特征在于， 分布在所述核心层同一侧 的每一渐变层均包括一个圆形区域和与所述圓形区域同心的多个环形区域， 每 一渐变层对应的所述圓形区域和所述环形区域内的折射率变化范围相同且随着 半径的增大从其最大折射率连续减小到 n0, 相同半径处的折射率相同， 两个相 邻的渐变层的最大折射率表示为 1¾和 n1+1 , 其中 η η^η ^ηρ, i为正整数， ι¾ 对应于距离所述核心层较远的渐变层。
12、 根据权利要求 11所述的天线， 其特征在于， 每一核心层的所述多个人 造微结构具有相同的几何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大 连续减小且相同半径处的人造微结构的尺寸相同。
13、 根据权利要求 12所述的天线， 其特征在于， 每一渐变层的所述多个人 造微结构具有相同的几何形状， 每一区域内人造微结构的尺寸随着半径的增大 连续减小且相同半径处的人造微结构的尺寸相同， 且两个相邻的渐变层中距离 所述核心层较远的渐变层对应的同一区域内相同半径处的人造微结构的尺寸较 小。
14、 根据权利要求 13所述的天线， 其特征在于， 所述超材料面板每一层的 折射率为：
n1(r)=i*nmax/N-(i/(N*d))*( r2 + ,2 -
Figure imgf000015_0001
*( n -(N/i)* n /( n
Hmin) ,
其中 i表示第几层，且 1 ,自远至近（距离核心层的距离）i=l、2•••; N=c+l , c表示一侧渐变层的层数； nmax表示核心层的最大折射率， nmm表示核心层的最 小折射率； r为半径； s表示辐射源与超材料面板的距离； d=(b+c)t, b表示核心 层的层数， t表示每一层的厚度， c表示一侧渐变层的层数； LG)表示每一区域的 起始半径， j表示第几区域， j≥l。 3、 根据权利要求 2所述的天线， 其特征在于， 每一核心层的所述多个人造微结构具有相同的几何形状， 每一区域内人造微结 构的尺寸随着半径的增大连续减小且相同半径处的人造微结构的尺寸相同。
15、 根据权利要求 9 所述的天线， 其特征在于， 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。
16、根据权利要求 15所述的天线， 其特征在于， 所述金属丝为铜丝或银丝。
17、 根据权利要求 15所述的天线， 其特征在于， 所述金属丝通过蚀刻、 电 镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或离子刻的方法附着在基板上。
18、 一种天线的超材料面板的工作波长的生成方法， 其特征在于， 所述天 线可同时工作在第二波长 λ 2和第三波长 λ 3, 所述方法包括：
获取与第三波长 入 3和第二波长 入 2的比值 λ 3/入 2在预设误差范围内的数值 m3/ m2;
计算 m2与 m3的最小公倍数
生成所述超材料面板的工作波长 λ 1 可表示为： λ λ ^ π^/π^ )或 λ 1=入 3
Figure imgf000015_0002
PCT/CN2011/082311 2011-05-18 2011-11-16 基于超材料的天线和超材料面板的工作波长的生成方法 WO2012155471A1 (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11855255.3A EP2712026B1 (en) 2011-05-18 2011-11-16 Metamaterial-based antenna and generation method of working wavelength of metamaterial panel
US13/522,952 US9160077B2 (en) 2011-05-18 2011-11-16 Antenna based on a metamaterial and method for generating an operating wavelength of a metamaterial panel

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101303084A CN102480061B (zh) 2011-05-18 2011-05-18 基于超材料的天线和超材料面板的工作波长的生成方法
CN201110130308.4 2011-05-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012155471A1 true WO2012155471A1 (zh) 2012-11-22

Family

ID=46092598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2011/082311 WO2012155471A1 (zh) 2011-05-18 2011-11-16 基于超材料的天线和超材料面板的工作波长的生成方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9160077B2 (zh)
EP (1) EP2712026B1 (zh)
CN (1) CN102480061B (zh)
WO (1) WO2012155471A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111555034A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 中国航空工业集团沈阳飞机设计研究所 宽频梯度相位设计方法及超材料
CN112018497A (zh) * 2019-05-31 2020-12-01 Oppo广东移动通信有限公司 天线模组及电子设备

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102820552B (zh) * 2012-07-31 2015-11-25 深圳光启高等理工研究院 一种宽频圆极化器及天线系统
US9054424B1 (en) * 2013-01-29 2015-06-09 The Boeing Company Using a metamaterial structure to modify an electromagnetic beam
CN103268985B (zh) * 2013-04-24 2015-07-22 同济大学 一种电磁波波束调控装置
KR101877376B1 (ko) * 2016-11-17 2018-07-11 포항공과대학교 산학협력단 하이퍼볼릭 메타물질 구조체
US11822106B2 (en) 2020-06-26 2023-11-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Meta optical device and electronic apparatus including the same
CN111553839B (zh) * 2020-07-13 2020-10-23 南京微纳科技研究院有限公司 目标成像方法、装置、电子设备和存储介质
CN112542685B (zh) * 2020-12-18 2021-11-02 北京大学 一种微波和太赫兹波全金属双曲超材料天线及其实现方法
CN114204273A (zh) * 2021-12-15 2022-03-18 吉林大学 一种超薄柔性保形超材料吸波器及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101389998A (zh) * 2004-07-23 2009-03-18 加利福尼亚大学董事会 特异材料
US20090201572A1 (en) * 2008-02-07 2009-08-13 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Metamaterial gradient index lens
US20100046083A1 (en) * 2008-08-19 2010-02-25 Seagate Technology Llc Solid immersion focusing apparatus for high-density heat assisted recording
US20100225562A1 (en) * 2009-01-15 2010-09-09 Smith David R Broadband metamaterial apparatus, methods, systems, and computer readable media
CN101946365A (zh) * 2008-02-20 2011-01-12 株式会社Emw 利用磁性电介质的超材料天线
CN101971422A (zh) * 2008-03-12 2011-02-09 波音公司 用于相控阵列天线的扫描角度增强的透镜

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7492329B2 (en) * 2006-10-12 2009-02-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Composite material with chirped resonant cells
CN101602577B (zh) * 2008-06-11 2011-11-30 西北工业大学 一种基于银树枝状结构的多色可见光左手材料
CN101699659B (zh) * 2009-11-04 2013-01-02 东南大学 一种透镜天线
CN201515017U (zh) * 2009-11-04 2010-06-23 东南大学 一种透镜天线

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101389998A (zh) * 2004-07-23 2009-03-18 加利福尼亚大学董事会 特异材料
US20090201572A1 (en) * 2008-02-07 2009-08-13 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Metamaterial gradient index lens
CN101946365A (zh) * 2008-02-20 2011-01-12 株式会社Emw 利用磁性电介质的超材料天线
CN101971422A (zh) * 2008-03-12 2011-02-09 波音公司 用于相控阵列天线的扫描角度增强的透镜
US20100046083A1 (en) * 2008-08-19 2010-02-25 Seagate Technology Llc Solid immersion focusing apparatus for high-density heat assisted recording
US20100225562A1 (en) * 2009-01-15 2010-09-09 Smith David R Broadband metamaterial apparatus, methods, systems, and computer readable media

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112018497A (zh) * 2019-05-31 2020-12-01 Oppo广东移动通信有限公司 天线模组及电子设备
CN112018497B (zh) * 2019-05-31 2023-09-26 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备
CN111555034A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 中国航空工业集团沈阳飞机设计研究所 宽频梯度相位设计方法及超材料
CN111555034B (zh) * 2020-05-15 2022-09-30 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 宽频梯度相位设计方法及超材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN102480061A (zh) 2012-05-30
EP2712026A4 (en) 2014-11-26
EP2712026A1 (en) 2014-03-26
EP2712026B1 (en) 2021-10-06
CN102480061B (zh) 2013-03-13
US20120299788A1 (en) 2012-11-29
US9160077B2 (en) 2015-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012155471A1 (zh) 基于超材料的天线和超材料面板的工作波长的生成方法
WO2012159425A1 (zh) 基于超材料的天线及超材料面板
CN202231160U (zh) 基于超材料的天线
US9214735B2 (en) Impedance matching component, metamaterial panel, converging component and antenna
WO2013013465A1 (zh) 后馈式雷达天线
WO2009155098A2 (en) Flat transformational electromagnetic lenses
WO2012155475A1 (zh) 电磁波分束器
EP2728669B1 (en) Metamaterial and metamaterial antenna
US9142892B2 (en) Metamaterial and metamaterial antenna
WO2013013461A1 (zh) 后馈式微波天线
WO2013029322A1 (zh) 基站天线
EP2738873A1 (en) Artificial composite material and antenna made of artificial composite material
WO2013013468A1 (zh) 偏馈式雷达天线
US9142891B2 (en) Man-made composite material and man-made composite material antenna
WO2012155472A1 (zh) 一种高透射天线
EP2731197A1 (en) Artificial composite material and antenna thereof
EP2738876A1 (en) Artificial composite material and antenna made of artificial composite material
WO2013013459A1 (zh) 后馈式微波天线
US8902507B2 (en) Man-made composite material and man-made composite material antenna
WO2012149824A1 (zh) 基于超材料的天线、微波热疗辐射器及微波热疗装置
WO2013013466A1 (zh) 后馈式雷达天线
US9099788B2 (en) Man-made composite material and man-made composite material antenna
WO2013013460A1 (zh) 偏馈式微波天线
WO2013016939A1 (zh) 基站天线
WO2013013470A1 (zh) 偏馈式雷达天线

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13522952

Country of ref document: US

Ref document number: 2011855255

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11855255

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE