[发明专利]阻抗匹配元件

说明书

技术领域

本发明涉及电磁通讯领域，更具体地说，涉及一种利用超材料制成的阻抗匹配元件。

背景技术

随着科学技术的不断发展，电磁波技术逐渐深入到我们生活的各个方面。电磁波的一个重要的特性是它可以在任何的介质或真空中传播。在电磁波从发射端传播至接收端过程中，能量的损耗直接影响电磁信号传播的距离以及传输信号的质量。

当电磁波经过同一介质时，基本没有能量的损失；而当电磁波经过不同介质的分界面时，会发生部分反射现象。通常两边介质的电磁参数(介电常数或者磁导率)差距越大反射就会越大。由于部分电磁波的反射，沿传播方向的电磁能量就会相应损耗，严重影响电磁信号传播的距离和传输信号的质量。

研究阻抗匹配就是为了减少电磁波在经过不同介质边界时的信号发射问题。但目前关于电磁波传输过程中的阻抗匹配问题的研究还仅限于电路中，对于空间传播时的阻抗匹配问题还没有较成熟的技术。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种阻抗匹配元件，可减少电磁波在经过不同介质边界时能量的损耗。

为解决上述技术问题，提供了一种阻抗匹配元件，设置于第一介质与第二介质之间，所述元件由多个超材料片层沿垂直于所述片层表面方向堆叠成为一体，所述超材料片层包括基材和多个附着在所述基材上的人造微结构，所述基材分成若干晶格，所述人造微结构置于所述晶格中，所述元件的若干晶格的阻抗沿片层堆叠方向呈连续变化，组成首位片层/末尾片层的各晶格的阻抗与片层相接触的第一介质/第二介质对应位置的阻抗相同。

进一步地，当所述第一介质和第二介质都为均匀介质时所述元件由多个均匀的超材料片层构成，每个超材料片层包括基材和阵列在所述基材上的多个相同的人造微结构，各片层所附着的人造微结构具有相同的几何形状且各片层的人造微结构的尺寸沿片层的堆叠方向连续变化。

进一步地，所述人造微结构呈“工”形，包括第一金属丝和分别连接在第一金属丝两端且垂直于所述第一金属丝的第二金属丝。

进一步地，所述人造微结构还包括分别连接在所述第二金属丝两端且垂直于所述第二金属丝的第三金属丝、分别连接在所述第三金属丝两端且垂直于所述第三金属丝的第四金属丝，依此类推。

进一步地，所述第二金属丝的长度小于第一金属丝，所述第三金属丝的长度小于第二金属丝，所述第四金属丝的长度小于第三金属丝，依此类推。

进一步地，每个所述人造微结构包括相互垂直而连接成“十”字形的两个第一金属丝、分别连接在每个第一金属丝两端且垂直于第一金属丝的第二金属丝、分别连接在每个第二金属丝两端且垂直于第二金属丝的第三金属丝，依此类推。

进一步地，每个所述人造微结构包括在三维空间内两两垂直且共一交点的三个第一金属丝、分别连接在每个第一金属丝两端且垂直于第一金属丝的第二金属丝、分别连接在每个第二金属丝两端且垂直于第二金属丝的第三金属丝，依此类推。

进一步地，所述人造微结构为非轴对称结构。

进一步地，所述人造微结构为不等腰三角形、平行四边形或不规则闭合曲线。

上述技术方案至少具有如下有益效果：本发明实施例的阻抗匹配元件由多个超材料片层堆叠成为一体，超材料片层分成若干晶格，人造微结构置于所述晶格中，通过设计晶格上的人造微结构的图案和尺寸，可实现使用超材料制成一个阻抗渐变的阻抗匹配元件，使其一侧的阻抗与第一介质的阻抗相同，另一侧与第二介质的阻抗相同，中间连续变化消除第一介质和第二介质间的阻抗突变，进而消除电磁波经过不同介质分界面时的部分反射现象以及电磁波能量损耗问题。

附图说明

图1是本发明的由多个非均匀的超材料片层堆叠而成的阻抗匹配元件一实施例的结构示意图。

图2a是本发明的由多个均匀的超材料片层堆叠而成的阻抗匹配元件一实施例的结构示意图。

图2b是图2a所示的阻抗匹配元件的主视图，其人造微结构为“工”字形。

图2c是图2a所示的阻抗匹配元件的侧视图。

图2d是图2c所示的阻抗匹配元件的A-A剖视图，各超材料片层的阻抗沿堆叠方向平稳增加或减小。

图3a是由图2b所示人造微结构衍生的第二实施例的示意图。

图3b是由图3a所示人造微结构衍生的第三实施例的示意图。

图4a是本发明的阻抗匹配元件的第四实施例的剖视图。

图4b是由图4a所示人造微结构衍生的第五实施例的示意图。

图4c是由图4b所示人造微结构衍生的第六实施例的示意图。