[发明专利]基于超材料的定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及射频和微波信号传输技术领域，更具体地说，涉及一种基于超材料的定向耦合器。

背景技术

定向耦合器是一种通用的微波或者毫米波部件，可以用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。高性能的定向耦合器要求体积小、对传输信号的损耗小、耦合信号的平坦度和方向性要好、耦合度和驻波比也要比较好并且要有足够的功率容量。

现有的定向耦合器大多为微带耦合器，由于微带定向耦合器靠主辅微带线的窄边耦合，耦合很弱，耦合段长度小时无法实现较强的耦合。耦合带线的长度一般为工作频率波长的10％～25％之间。在HF和VHF频段，定向耦合器工作波长为米量级，按照10％波长计算，耦合段长度也在分米量级，因而定向耦合器的尺寸大损耗大。尤其当定向耦合器的耦合度要求比较弱时(如40dB)，微带定向耦合器的方向性很难达到使用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中耦合器的耦合度依赖于耦合段的长度、方向性不好、插入损耗大等缺陷，提供一种基于超材料的定向耦合器，所述耦合器具有方向性高、耦合平坦度好、承载功率大、还可以实现多向耦合、且体积小便于安装使用的特点。

为了达到上述目的，本发明采用的如下技术方案：

基于超材料的定向耦合器，所述定向耦合器包括输入端、输出端以及耦合端，所述定向耦合器还包括一耦合模块，其中，所述耦合模块分别与所述输入端、输出端以及耦合端相连接，外围的电磁波信号从所述输入端输入经过所述耦合模块后，一部分电磁波信号直接从所述输出端输出，另一部分电磁波信号通过所述耦合模块耦合至所述耦合端后输出。

进一步地，所述耦合模块由多个具有相同折射率分布的超材料面板堆叠而成，所述每一超材料面板由多个超材料片层组成，所述每一超材料片层由多个超材料单元组成，所述超材料单元包括单元基材以及人造微结构。

进一步地，所述每一超材料面板内的各个超材料片层的折射率均不相同，但每一超材料片层内部的折射率分布是均匀的。

进一步地，所述每一超材料面板内的各个超材料片层的折射率分布情况为：堆叠在一起的多个超材料片层中，底层的超材料片层的折射率是最小的，并随着堆叠的高度逐渐增加，超材料片层的折射率也逐渐增加。

进一步地，所述每一超材料面板内的各个超材料片层的人造微结构的尺寸的分布情况为：堆叠在一起的多个超材料片层中，底层的超材料片层的人造微结构的尺寸是最小的，并随着堆叠的高度逐渐增加，超材料片层内的人造微结构的尺寸也逐渐增加。

进一步地，所述多个超材料面板的折射率随着纵坐标y的变化的分布情况为：以堆叠在一起的多个超材料面板建立坐标系，最低层坐标y＝0，

n(y)=nmin+nmax-nminp[y-(a-1)*p];]]>

其中，n_min表示每一超材料面板内最底层超材料片层的折射率值；n_max表示每一超材料面板内最上层超材料片层的折射率值；p表示每一超材料面板的高度；a表示超材料面板的层数，随着超材料面板的层数增加，a依次取1、2、3、4、......其中，a＝1表示最底层超材料面板；n(y)表示纵坐标为y时的折射率。

进一步地，所述人造微结构为由至少一根金属丝组成对电磁场有响应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所述单元基材上，所述单元基材由陶瓷材料、环氧树脂、聚四氟乙烯、FR-4复合材料或F4B复合材料制得。