[发明专利]一种用渐变折射率介质构建宽带亚波长波导连接器的方法

说明书

本发明涉及一种用渐变折射率介质构建宽带亚波长波导连接器的方法，包括：构建初始的近零折射率材料亚波长波导连接器；对初始的近零折射率材料波导连接器进行保角变换以提高折射率；通过调整波导连接器的高度，进行波导适配器和波导连接器的阻抗匹配，获得具有最高透射率的亚波长波导连接器组件；将两个亚波长波导连接器组件的波导连接器镜像连接，得到电磁波在其中无损传播的宽带亚波长波导连接器。通过本发明，能够用渐变折射率材料来实现和近零折射率材料连接器同样的功能，即具有完美透射且对连接器中的缺陷不敏感，同时拥有宽带和低损耗的特性。

技术领域

本发明涉及人工电磁介质技术领域，更具体地说，涉及一种用渐变折射率介质构建宽带亚波长波导连接器的方法。

背景技术

弯曲波导连接器主要用于重定向在不同波导内部传播的电磁波，而电磁波通常在某种程度上会受到反射和模式失真的影响（在尖角附近更为严重）。研究者们已经提出了几种减少反射和模式失真的方法来提高波导弯曲的透射率，包括微棱镜连接器，光子晶体连接器，等离激元连接器，几何光学连接器，近零折射率材料连接器，变换光学连接器等。 其中近零折射率材料连接器由于其透射率接近100%以及灵活的结构（形状任意且对其中的缺陷不敏感）而备受关注。然而近零折射率连接器也有其本身的缺点，比如窄带、损耗等。

发明内容

针对现有采集方法的不足，提出用渐变折射率材料来实现和近零折射率材料连接器同样的功能，即具有完美透射且对连接器中的缺陷不敏感，同时拥有宽带和低损耗的特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用渐变折射率介质构建宽带亚波长波导连接器的方法，包括：

构建初始的近零折射率材料波导连接器，即在两个矩形波导之间通过近零折射率材料通道来连接实现；

对初始的亚波长波导连接器进行保角变换以提高折射率；变换后，初始波导连接器中端部的矩形波导保持不变；中部的矩形波导转换为高折射率渐变介质，形成波导适配器；零折射率材料转换为介电常数为1的均匀材料，形成波导连接器；

通过调整波导连接器的高度，进行波导适配器和波导连接器的阻抗匹配，获得具有最高透射率的亚波长波导连接器组件；

将两个亚波长波导连接器组件的波导连接器镜像连接，得到电磁波在其中无损传播的宽带亚波长波导连接器。

其中，矩形波导的上下面构成材料为完美电导体，左右面构成材料为完美磁导体，前后面为波导通道，内部介质为空气。

其中，波导连接器的端口与波导适配器的连接端口一致，其余部分结构形状任意。

其中，保角变换使用Zhukovski变换，将空气变为如下公式描述的折射率：

（1）

（x,y）为变换之后的亚波长波导连接器上各点在Zhukovski变换构建的坐标系中的坐标值；a为圆形支割线的半径。

区别于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明有效的解决了传统近零折射率材料实现的波导连接器出现的窄带和较高损耗问题；将波导连接器的透射率提高到接近1；本发明中的连接器部分对于内部的杂质缺陷不敏感，而且形状可以任意改变，这一点和零折射率连接器相似；本发明中的波导连接器可以连接任意两个夹角的波导，包括180度这种传统实现方法很难实现的情况；本发明中的连接器部分和波导适配器部分的材料均为普通的介质，可以由介质粉末、电路板刻蚀结构、高折射率材料上挖孔等办法来实现，加工制作容易。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提供的一种用渐变折射率介质构建宽带亚波长波导连接器的方法的初始的近零折射率波导连接器的结构示意图。