[发明专利]一种超材料和天线

说明书

本发明公开了一种超材料和天线，该超材料包括：多个周期排列的超材料单元，其中，每个超材料单元包括支撑结构、和设置在支撑结构的内部或上方的液晶层，以及依次设置在液晶层上方的介质层和金属层；其中，支撑结构包括：基底材料或中空波导，在支撑结构为基底材料的情况下，液晶层设置在基底材料的上方，或在支撑结构为中空波导的情况下，液晶层设置在中空波导内部，且在中空波导在和液晶层的接触面上设有一缝隙。本发明通过将超材料和液晶材料相结合，其通过液晶材料具有的在整个微波频带内损耗低，电磁特性稳定的优势，从而通过液晶材料对超材料的谐振频率的动态调控，进而实现对其奇异电磁特性的实时控制。

技术领域

本发明涉及超材料领域，具体来说，涉及一种超材料和天线。

背景技术

超材料是一种具有传统自然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构，然而对于超材料来说，其奇异的电磁特性都有一个频带范围，超出这个范围，这个奇异的电磁特性会减弱甚至消失。

到目前为止，可控的超材料主要包括三大类：(1)机械式可控超材料；(2)加载微波开关等；(3)加载可控材料(铁氧体、磁流体等)。其中，机械式可控超材料由于要对移动量进行精确的控制，使得体积相对较大，不易操作；加载微波开关的可控超材料其状态与开关的个数有关，要实现足够多的状态数就需要添加足够多的开关个数，导致结构的复杂度增加；而加载可控材料的超材料其调控的频率范围不大，而且需要外加偏置场导致结构复杂。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种超材料和天线。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种超材料。

该超材料包括：多个周期排列的超材料单元，其中，每个超材料单元包括支撑结构、和设置在支撑结构的内部或上方的液晶层，以及依次设置在液晶层上方的介质层和金属层；其中，支撑结构包括：基底材料或中空波导，在支撑结构为基底材料的情况下，液晶层设置在基底材料的上方，或在支撑结构为中空波导的情况下，液晶层设置在中空波导内部，且在中空波导在和液晶层的接触面上设有一缝隙。

根据本发明的一个实施例，在支撑结构为基底材料的情况下，金属层包括外金属框和设置在外金属框内的金属片，外金属框和金属片之间还设有环形的通道。

根据本发明的一个实施例，超材料还包括：同轴通孔，设置在金属片上，金属片通过同轴通孔与馈电网络连接。

根据本发明的一个实施例，加载在液晶层两端的偏置电压的取值范围为：0～20V，并且液晶层的介电常数取值范围为：2.4～3.3。

根据本发明的一个实施例，基底材料为非磁性介质材料，并且基底材料的介电常数的取值范围为2～10，基底材料的损耗角正切小于0.01，以及基底材料的厚度小于5mm。

根据本发明的一个实施例，在天线H面方向上周期排列多个超材料单元。

根据本发明的一个实施例，在支撑结构为中空波导的情况下，多个超材料单元排列成直条形，并且超材料两端的超材料单元上的缝隙长度从超材料的中部向两端的延伸方向逐渐减小。

根据本发明的一个实施例，由超材料的一端的第一个超材料单元进行馈电，且在另一端的最后一个超材料单元的尾端还设有吸波材料，从而通过每个超材料单元的缝隙形成波束。

根据本发明的一个实施例，缝隙的长度位于超材料单元的中心频率对应的波长的1/4～1/2之间。

根据本发明的一个实施例，液晶层通过导电玻璃封装在液晶盒内。

根据本发明的一个实施例，每个超材料单元的中心频率为0.3GHz-300GHz。