[发明专利]一种基于电磁谐振器的二维龙伯透镜

摘要

本发明涉及一种基于电磁谐振器的二维龙伯透镜，属于微波技术领域。本发明包括n层同圆心的电磁谐振器单元模块。每层电磁谐振器单元模块，是由多个结构相同的电磁谐振器单元构成的一个圆环。电磁谐振器单元包括介质层和蚀刻图案层，蚀刻图案层采用金属铜材质，压合在介质层上。不同层电磁谐振器单元模块中的电磁谐振器单元的蚀刻图案层上的图案相同、图案尺寸不同，介质层完全相同。将所述的二维龙伯透镜置于波导型结构中，水平极化的电磁波沿着二维龙伯透镜一边平行入射，能在入射波180°方向得到电磁波会聚效果。本发明通过PCB加工技术实现，具有易加工、成本低、可重复性高的特点，可以广泛用于DOA估测技术和天线波束会聚的场景。

主权项

一种基于电磁谐振器的二维龙伯透镜，其特征在于：包括n层同圆心的电磁谐振器单元模块；每层电磁谐振器单元模块，是由多个结构相同的电磁谐振器单元构成的一个圆环；同一层电磁谐振器单元模块中的电磁谐振器单元的几何中心到二维龙伯透镜平面几何中心距离相等，为该层电磁谐振器单元模块的半径；所述的电磁谐振器单元包括介质层和蚀刻图案层，蚀刻图案层采用金属铜材质，压合在介质层上；不同层电磁谐振器单元模块中的电磁谐振器单元的蚀刻图案层上的图案相同、图案尺寸不同，介质层完全相同；所述的介质层是一个边长为a，具有固定介电常数、各向同性的均匀介质块；所述的蚀刻图案层的图案为中心对称的四个C形结构，为两个同心圆环分别沿着互相垂直的两条直径开槽而形成；所述的两个同心圆环分别称为内谐振环与外谐振环，内谐振环、外谐振环的宽度相同；改变该蚀刻图案层的内谐振环内径b的大小能改变电磁谐振器单元的等效介电常数；利用HFSS电磁仿真软件对电磁谐振器单元等效介电常数进行仿真；仿真建模时，将电磁谐振器单元介质层水平放置，其下方紧贴放置一层人工磁导体表面；距离蚀刻图案层上方h高度处放置一层同样的人工磁导体表面，从而形成高度为h的空气层；电磁谐振器单元左右两侧的边界为金属铜；将电磁谐振器单元水平面上的前后两个面设置为端口；通过仿真得到的两个端口的散射参数，计算出此时电磁谐振器单元与空气层共同形成的等效介电常数；在没有蚀刻图案层的情况下，电磁谐振器单元等效介电常数最小为εmin；在加入蚀刻图案层的情况下，当内谐振环内径b值变化时，仿真得到不同的等效介电常数值，从而得到各个b值与等效介电常数一一对应的关系；最外层电磁谐振器单元模块的半径rmax＝na，n为透镜总共包含的层数；将电磁谐振器单元仿真结果最小的等效介电常数作为最外层电磁谐振器单元模块的等效介电常数εmin，通过εmin＝2‑(rmax/R)2确定二维龙伯透镜的半径参数R；此时二维龙伯透镜上的任意一个电磁谐振器单元的等效介电常数能通过ε＝2‑(r/R)2计算；其中r为该电磁谐振器单元几何中心与二维龙伯透镜平面几何中心的距离；根据每个电磁谐振器单元的位置，按照公式计算出该位置对应的等效介电常数ε，通过仿真得到的内谐振环内径b和等效介电常数ε的对应关系，从而确定该位置的电磁谐振器单元的蚀刻图案层的图案尺寸，然后蚀刻在金属铜上形成蚀刻图案层；所有的介质层自然连接形成一个边长为2(n+1)a的方形介质，得到所述的基于电磁谐振器的二维龙伯透镜。