[发明专利]基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜

说明书

技术领域

本发明涉及零折射微波透镜技术领域，尤其涉及一种基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜。

背景技术

超常媒质(Metamaterial)是将具有特定几何形状的基本单元周期性或非周期性的排列所得到的新型人工材料。通过改变基本单元的结构及参数，可自由控制超常媒质的电磁属性，即其介电常数与磁导率。目前的超常媒质介电常数与磁导率可正可负也可为零，二者可以同号，也可异号。因此，若构造出介电常数或磁导率为零的超常媒质，则该超常媒质的折射率可以为零，即零折射材料(ZIM或Zero Refractive Index Metamaterial)。2002年，S.Enoch等指出零折射材料具有汇聚电磁波束的功能，因此可以用来制作微波透镜，用于提高天线辐射的定向性(S.Enoch,et al.A metamaterial for directive emission.Physical Review Letters,2002,89:213902)。基于S.Enoch等人的研究结果，人们很快设计出了多种零折射微波透镜(下面简称零折射透镜)和零折射透镜天线。然而，现有的零折射透镜只是通过单纯的零介电常数(电谐振)或者单纯的零磁导率(磁谐振)来实现零折射率，它们与空气层的阻抗不匹配，如果直接使用会显著降低天线的辐射效率。所以，现有的绝大多数零折射透镜只能是放置在喇叭天线口面内部(Q.Wu，at al.A novelflat lens horn antenna designed based on zero refraction principle of metamaterials，Applied Physics，2007，A87，151-156)，或者是借助天线后方的金属反射板(比如微带天线的地板)(Dongho Kim，at al.Analysis of Antenna Gain Enhancement with a New Planar Metamaterial Superstrate:an Effective Medium and a Fabry-Pérot Resonance Approach，J Infrared Milli Terahz Waves，2010，31:1289–1303)，或者是直接将天线嵌入到零折射透镜的内部(Cheng Q，at al.Radiation of planar electromagnetic waves by a line source in anisotropic MTMs,Journal of Physics D-Applied Physics，2010，43(33)：335406.)，同时需要针对不同的天线分别进行结构优化，才能最终起到提高天线增益(天线增益是天线的实际性能指标，它等于天线的辐射定向性系数乘以天线的效率)的效果。这使得现有的零折射透镜对应用环境十分挑剔，而且对于不同的天线往往不具有通用性，因此很不方便使用。虽然，Ma等人在2009年提出可以利用各向异性的零折射率材料来改善零折射透镜与空气的阻抗匹配特性，从而使零折射透镜可以和天线分离开来(这样就可以使零折射透镜对于不同的天线具有一定的通用性)(Ma YG,et al.Near-field plane-wave-like beam emitting antenna fabricated by anisotropic metamaterial，Applied Physics Letters，2009，94(4)：044107.)但是从目前的实际应用结果来看，这种各向异性零折射透镜对天线增益的提高效果十分有限，甚至不足1dB(参见2011年5月13日公开的专利公开文件CN102280703中，说明书附图的图9)。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜，用以解决现有的各向异性零折射透镜对天线增益的提高效果低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于电磁双谐振结构的零折射微波透镜，该零折射微波透镜包括：第一条形介质基板、第二条形介质基板；

第一条形介质基板为双面覆铜的条形介质基板，且蚀刻有方形开口谐振环；

第二条形介质基板为单面覆铜的条形介质基板；

第一条形介质基板与第二条形介质基板形状相同；

第一条形介质基板为N个，N为大于1的整数，第二条形介质基板比第一条形介质基板多一个；

所有第二条形介质基板均面对面并排平行排列，任意两个相邻的第二条形介质基板之间均排列有一个第一条形介质基板。