[发明专利]一种全金属超材料透镜及其移相量设计方法

说明书

本发明公开一种基于近场汇聚功能的全金属超材料透镜及其移相量设计方法。所述全金属超材料透镜由多个阵列单元组成，具有不同移相量的阵列单元按照预先设计好的移相量分布规律在XOY平面上进行排列；每个单元包括四层金属层1与三层空气层2，所述四层金属层1与三层空气层2间隔排列组成，所述金属层1包括方形螺旋缝隙，所述每个单元的金属层1为一个方形螺旋缝隙旋转0度、90度、180度及270度，得到中心旋转对称结构。用以解决全金属超材料透镜耐高温和机械稳定性的问题。

技术领域

本发明属于微波器件工程技术领域，具体涉及一种基于近场汇聚功能的全金属超材料透镜及其移相量设计方法。

背景技术

微波透镜在医疗和卫星通信等多种场景中具有重要价值。医疗方面，聚束透镜可以将电磁波束聚焦，在肿瘤的微波热疗中具有方向性好，热效率大，增益高等特点；在卫星通信方面，微波透镜可以接受多个卫星信号，极大提高天线性能。然而，传统的透镜存在体积较大，成本昂贵等问题，因此，具有低剖面，结构紧凑，成本低廉特点的超材料透镜得到了广泛应用。

现有超材料透镜一般采用PCB工艺以介质基板为基底材料进行加工(以下简称介质超材料透镜)，但这类介质超材料透镜无法在高温、高压以及高机械强度下正常工作。譬如在航空航天领域，器件通常需要在几百度的高温下使用。在这种情况下，介质超材料透镜会产生变形、融化等问题，以至于无法正常应用。

发明内容

本发明提供一种基于近场汇聚功能的全金属超材料透镜及其移相量设计方法，用以解决全金属超材料透镜耐高温和机械稳定性的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于近场汇聚功能的全金属超材料透镜，其特征在于，所述全金属超材料透镜由多个阵列单元组成，具有不同移相量的阵列单元按照预先设计好的移相量分布规律在XOY平面上进行排列；

每个单元包括四层金属层1与三层空气层2，所述四层金属层1与三层空气层2间隔排列组成，所述金属层1包括方形螺旋缝隙3，所述每个单元的金属层1为一个方形螺旋缝隙3旋转0度、90度、180度及270度，得到中心旋转对称结构。

进一步的，所述方形螺旋缝隙3包括宽度为w6的缝隙、宽度为w5的缝隙、宽度为w4的缝隙、宽度为w3的缝隙、宽度为w2的缝隙和宽度为w1的缝隙，所述宽度为w6的缝隙的一端连接宽度为w5的缝隙的一端，所述宽度为w5的缝隙的另一端连接宽度为w4的缝隙的一端，所述宽度为w4的缝隙的另一端连接宽度为w3的缝隙的一端，所述宽度为w3的缝隙的另一端连接宽度为w2的缝隙的一端，所述宽度为w2的缝隙的另一端连接宽度为w1的缝隙，所述宽度为w1的缝隙设置在每个单元的金属层1的横向或竖向中线，所述宽度为w5的缝隙、宽度为w6的缝隙、宽度为w4的缝隙、宽度为w3的缝隙、宽度为w2的缝隙和宽度为w1的缝隙的取值是1mm～4mm。

进一步的，所述每个单元的金属层1还包括长度为L1的缝隙、长度为L2的缝隙、长度为L3的缝隙、长度为L4的缝隙、长度为L5的缝隙和长度为L6的缝隙，所述长度为L6的缝隙的一端连接长度为L5的缝隙的一端，所述长度为L5的缝隙的另一端连接长度为L4的缝隙的一端，所述长度为L4的缝隙的另一端连接长度为L3的缝隙的一端，所述长度为L3的缝隙的另一端连接长度为L2的缝隙的一端，所述长度为L2的缝隙的另一端连接长度为L1的缝隙，所述长度为L1的缝隙设置在每个单元的金属层1的横向或竖向中线，所述长度为L5的缝隙、长度为L6的缝隙、长度为L4的缝隙、长度为L3的缝隙、长度为L2的缝隙和长度为L1的缝隙的取值在0～d/2之间，且不能同时为0。

进一步的，所述每个单元均由六种阵列单元构成，六种阵列单元的金属层1具有不同的缝隙长度，在1.590GHz时的移相量依次相差约60度；所述六种阵列单元都包括长度为L4的缝隙和长度为L5的缝隙，但长度为L4的缝隙和长度为L5的缝隙的取值不同；

所述每个单元的金属层1材料为电导率为1.1×10⁶S/m的不锈钢材料。