[发明专利]一种基于零实部阻抗超构材料表面反射增强的微波放大方法和器件

说明书

本发明公开了电磁超构材料和微波技术领域的一种基于零实部阻抗超构材料表面反射增强的微波放大方法和器件，一种基于零实部阻抗超构材料表面反射增强的微波放大器件，其整体结构包括输入部件、放大部件和输出部件，所述输入部件由第一偏振片构成，所述第一偏振片截面的法向平行于入射波传播方向，与反射表面的法向之间的夹角为入射角，起偏方向根据输入小信号的类型与入射面垂直或平行。本发明拟采用二维传输线、构建零阻抗实部的有源超构材料，实现微波放大。作为放大部件的平板沿y轴方向的厚度要略大于相应微波在真空中波长，此时透射波平均能流趋近于零，避免因透射而产生的影响。

技术领域

本发明涉及一种基于零实部阻抗超构材料表面反射增强的微波放大方法和器件，涉及电磁超构材料和微波技术领域。

背景技术

微波放大器是无线通信、雷达、电子对抗等系统的重要组成，其输出功率、效率、线性度等性能的好坏将直接影响整个系统的性能。传统的微波放大器有微波晶体管放大器、行波管。

微波晶体管放大器以晶体管作为有源器件对微波信号实现放大的装置。分为微波大功率放大器、微波低噪声放大器两种。微波功率晶体管可在微波频率下可靠地输出几百毫瓦至几十瓦的射频功率，微波金属半导体场效应管、MESFET的出现，使微波大功率放大器工作频段可以由1GHz延伸至30GHz，线性输出功率大于几十瓦。微波低噪声放大器主要用于微波通信、卫星通信、雷达、电子对抗以及遥测、遥控系统中的接收机前置放大器，放大接收机的噪声电平，直接决定接收机所能够接收的最低信号电平，所以低噪声放大器对提高接收机的灵敏度具有重要作用。

行波管是靠连续调制电子注的速度来实现放大功能的微波电子管，是当今广泛应用于雷达、电子对抗、通信等领域作为微波功率放大的核心器件，特别是耦合腔慢波电路行波管因其具有高峰值功率、高平均功率输出能力和高效率、大占空比等特点而广泛应用于火控、搜索、警戒雷达等。行波管的功用在于将微波讯号放大，待放大的微波信号经输入能量耦合器进入慢波电路、并沿慢波电路行进，电子与行进的微波场进行能量交换、使微波信号得到放大，但由于作用时间长，增益很高，同时没有谐振腔，工作带宽会大大增加。

近年来，左手材料、近零折射率材料、左手传输线、有源左手传输线等超构材料展现了新颖的电磁特性和广泛的应用前景。研究表明，近零阻抗实部材料，作为具有独特电磁参量的一类超构材料，也具有新颖的电磁特性。例如，当电磁波入射到具有较低折射率的零阻抗实部超构材料表面时，改变入射角和入射波的极化方向，可使其反射系数大于、等于或小于一，同时仍满足能量守恒定律，零阻抗实部超构材料有望在微波放大等领域获得应用，综上，本发明提出一种基于零实部阻抗超构材料表面反射增强的微波放大方法和器件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于零实部阻抗超构材料表面反射增强的微波放大方法和器件，本发明拟采用二维传输线、构建零阻抗实部的有源超构材料，实现微波放大。器件主要分为输入、放大和输出三部分，输入部件由第一偏振片构成，第一偏振片表面的法向与入射波平行；放大部件采用集总元件的二维传输线上下叠合而成。二维传输线结构单元中，两类电阻元件R和G之一采用微分电阻为负的二极管，使得传输线阻抗实部趋近于零。作为放大部件的平板沿y轴方向的厚度要略大于相应微波在真空中波长，此时透射波平均能流趋近于零，避免因透射而产生的影响。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种基于零实部阻抗超构材料表面反射增强的微波放大器件，其整体结构包括输入部件、放大部件和输出部件，所述输入部件由第一偏振片构成，所述第一偏振片截面的法向平行于入射波传播方向，与反射表面的法向之间的夹角为入射角，起偏方向根据输入小信号的类型与入射面垂直或平行。

进一步的，当横电极化平面波作为输入小信号时，起偏方向按需求与入射面垂直；当横磁极化平面波作为输入小信号时，起偏方向按需求与入射面平行。