[发明专利]基于相位梯度超表面的宽带透镜

说明书

技术领域

本发明涉及基于相位梯度超表面的宽带透镜，属于电磁通信、微波器件技术领域。

背景技术

超材料是指自然界本身并不存在、人们依据电磁理论设计出来的人造材料，具有负磁导率、负介电常数和零折射率等非常规的电磁特性。超表面作为超材料的二维平面情形，最近几年已成为超材料研究领域的热点和前沿。基于相移平面透镜单元的分析采用与透射型频率选择表面—致的方法，将单元置于均匀无限的二维周期阵列中分析其传输与透射特性。

相位梯度超表面具有透射聚焦、传播波向表面波的转换、极化转换、极化分离、频率选择、相位调控、波前控制等特异功能，在极化转换、设计高增益天线、超薄隐身衣等方面有重要应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供基于相位梯度超表面的宽带透镜，提高了相位补偿能力，使相位补偿能够覆盖[0°,360°]。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于相位梯度超表面的宽带透镜，包括四层相同的相位梯度金属表面和三个相同的基板，其中两层相位梯度金属表面分别蚀刻于一个基板的上、下表面，另外两层相位梯度金属表面分别蚀刻于另外两个基板的其中一面上；三个基板贴合形成所述宽带透镜，且宽带透镜的上、下表面均为相位梯度金属表面，相邻两个基板之间有且仅有一层相位梯度金属表面，三个基板共用同一个中心；

所述相位梯度金属表面包括超表面单元，且超表面单元呈抛物面分布，每个超表面单元由n个大小相同的单元依次排列而成，每个单元都包括方形金属贴片和围绕方形金属贴片的金属方环，金属方环的边长大于方形金属贴片的边长，所有单元中金属方环的边长相等，方形金属贴片的边长从大到小渐变，且在设定的频率下，方形金属贴片最大边长、最小边长分别对应的透射相位做差等于360°，n为大于等于2的正整数。

作为本发明的一种优选方案，所述n取7时，方形金属贴片的边长从大到小渐变取值为7.2mm、7mm、6.6mm、6.2mm、5.7mm、4.8mm、4mm。

作为本发明的一种优选方案，所述金属方环的内、外边长分别为7.7mm、7.9mm。

作为本发明的一种优选方案，所述单元的边长为8mm。

作为本发明的一种优选方案，所述基板的材料为聚四氟乙烯F4b。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明宽带透镜的特殊结构，其频率选择特性良好，通带比较平坦，阻抗带宽较宽，且相位补偿能力能够覆盖[0°,360°]，能够满足低损耗、宽带透镜的设计需求。

2、在本发明宽带透镜后方一定距离处加载天线，在不影响天线阻抗匹配的同时能够大幅度提高天线的增益。

附图说明

图1是本发明基于相位梯度超表面的宽带透镜的单元结构图。

图2是本发明基于相位梯度超表面的宽带透镜的其中一个表面的主视图。

图3是7-11GHz透射相位随方形金属贴片边长p(4.0-7.2mm)的变化曲线图。

图4是工作在8.2GHz的贴片天线加载本发明宽带透镜结构前后e面方向图。

图5是工作在9.1GHz的贴片天线加载本发明宽带透镜结构前后e面方向图。

图6是工作在10GHz的贴片天线加载本发明宽带透镜结构前后e面方向图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明基于相位梯度超表面的宽带透镜，实现了特定频带内的一维电磁波透射聚焦。通过改变贴片的尺寸实现对透射波相位的改变，当相位覆盖[0°,360°]范围时，设计合理的相位梯度，将单元排列成阵，即可得到可以对电磁波透射方向进行调控的二维透射相位梯度超表面。