專利名稱：超材料移相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移相器，更具體地說，涉及一種超材料移相器。
背景技術(shù)：
由于相控陣的需求，高功率移相器的應(yīng)用范圍很廣?，F(xiàn)有移相器主要有以下3種:電子管移相器、介質(zhì)移相器、鐵氧體移相器。對于電子管移相器來說，由于功率容量低，在超高功率下使用不廣泛。介質(zhì)移相器由于需要機械調(diào)節(jié)，存在調(diào)節(jié)速度慢、損耗高、設(shè)備可靠性差等缺點。鐵氧體移相器是現(xiàn)階段使用比較廣泛的高功率移相器，通過外加磁場脈沖改變鐵氧體中的磁導(dǎo)率，控制電磁波在鐵氧體中的波長，進而改變電磁波的相位，但是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本高、溫度穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述體積大、成本高等缺陷，提供一種超材料移相器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種超材料移相器，包括:可旋轉(zhuǎn)的圓波導(dǎo)、設(shè)置在所述圓波導(dǎo)內(nèi)腔中的超材料柱；所述超材料柱包括層疊為一體的多個超材料片層，所述超材料片層包括片狀的基材以及設(shè)置在基材上的多個人造微結(jié)構(gòu)，同一超材料片層各處的折射率相同，且每一超材料片層的折射率自所述超材料柱的中心向兩端逐漸減小。在本發(fā)明所述的超材料移相器中，還包括與所述圓波導(dǎo)可旋轉(zhuǎn)連接的旋轉(zhuǎn)單元，用于旋轉(zhuǎn)所述圓波導(dǎo)以改變所述圓波導(dǎo)的電場分布，從而改變所述圓波導(dǎo)兩端電磁波的相位差。在本發(fā)明所述的超材料移相器中，所述超材料柱與所述圓波導(dǎo)內(nèi)腔緊密貼合。在本發(fā)明所述的超材料移相器中，所述圓波導(dǎo)為中空金屬管。在本發(fā)明所述的超材料移相器中，所述圓波導(dǎo)由銅合金制成。在本發(fā)明所述的超材料移相器中，所述人造微結(jié)構(gòu)為非90度旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，使得所述超材料柱呈各向異性。在本發(fā)明所述的超材料移相器中，所述人造微結(jié)構(gòu)為由至少一根金屬絲組成的平面結(jié)構(gòu)或立體結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的超材料移相器中，所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上。在本發(fā)明所述的超材料移相器中，所述人造微結(jié)構(gòu)為“工”字形、“十”字形或“H”形。在本發(fā)明所述的超材料移相器中，所述基材由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、FR-4復(fù)合材料或F4B復(fù)合材料制得。實施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果:通過在圓波導(dǎo)內(nèi)腔中設(shè)置超材料柱，旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)即可改變圓波導(dǎo)的電場分布，從而改變圓波導(dǎo)兩端電磁波的相位差。由于超材料柱的各向異性，對于不同電場分布的表現(xiàn)出不同的介電常數(shù)，從而表現(xiàn)為不同的折射率，最終導(dǎo)致了圓波導(dǎo)兩端電磁波的相位差的改變。每一超材料片層的折射率自所述超材料柱的中心向兩端逐漸減小，使得移相器的體積大大減小且能夠減少損耗，而且移相范圍廣、成本低、制作簡單。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:圖1是依據(jù)本發(fā)明一實施例的超材料移相器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示的超材料柱12的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式圖1是依據(jù)本發(fā)明一實施例的超材料移相器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，超材料移相器10包括:可旋轉(zhuǎn)的圓波導(dǎo)11、設(shè)置在圓波導(dǎo)11內(nèi)腔中的超材料柱12。關(guān)于超材料柱12的結(jié)構(gòu)如圖2所示。超材料柱12包括層疊為一體的多個超材料片層121，超材料片層121包括片狀的基材121a以及設(shè)置在基材121a上的多個人造微結(jié)構(gòu)121b，人造微結(jié)構(gòu)121均勻分布。同一超材料片層121各處的折射率η相同，且每一超材料片層121的折射率η自超材料柱12的中心向兩端逐漸減小。例如，超材料柱12中心處的折射率為6，兩端的折射率為1，自兩端向中心折射率逐漸從I增加到6，折射率η的逐漸改變有利于減少損耗。最大折射率與最小折射率相差越大，那么制成的移相器的尺寸就會越小。圖2中示出的超材料片層的數(shù)量僅為示意，并不作為對本發(fā)明的限制，可以依據(jù)圓波導(dǎo)的尺寸進行設(shè)置。圖1中的圓波導(dǎo)11是可旋轉(zhuǎn)的，為了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，除了圖1所示的構(gòu)件外，還包括與圓波導(dǎo)11可旋轉(zhuǎn)連接的旋轉(zhuǎn)單元(圖中未示出)，用于旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)11以改變圓波導(dǎo)11的電場分布，從而改變圓波導(dǎo)11兩端電磁波的相位差，達到移相的目的。關(guān)于如何設(shè)置旋轉(zhuǎn)單元以及用何種方式實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明對此不做限制，可以采用現(xiàn)有成熟的技術(shù)，例如轉(zhuǎn)軸
坐坐寸寸O對于圓波導(dǎo)11，可以采用目前使用的任何種類的圓波導(dǎo)，例如可以是中空金屬管等，圓波導(dǎo)11可以由銅、銅合金、鋁、鋁合金等任何金屬材料制成。由圖1可以看出，超材料柱12與圓波導(dǎo)11的內(nèi)腔緊密貼合。當(dāng)然也可以根據(jù)需要進行設(shè)置，具體二者如何組裝或者二者是否一體設(shè)計，本發(fā)明不做限制。人造微結(jié)構(gòu)121b為非90度旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，使得超材料柱12呈各向異性。例如，人造微結(jié)構(gòu)為由至少一根金屬絲組成的平面結(jié)構(gòu)或立體結(jié)構(gòu)，可以是“工”字形、“十”字形或“H”形金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上。圖2示出的是“工”字形人造微結(jié)構(gòu)，這里僅為示意，不作為對本發(fā)明的限制?；?21a可以由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、FR-4復(fù)合材料或F4B復(fù)合材料制得。通過在圓波導(dǎo)內(nèi)腔中設(shè)置超材料柱，旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)即可改變圓波導(dǎo)的電場分布，從而改變圓波導(dǎo)兩端電磁波的相位差。由于超材料柱的各向異性，對于不同電場分布的表現(xiàn)出不同的介電常數(shù)，從而表現(xiàn)為不同的折射率，最終導(dǎo)致了圓波導(dǎo)兩端電磁波的相位差的改變。每一超材料片層的折射率自所述超材料柱的中心向兩端逐漸減小，使得移相器的體積大大減小且能夠減少損耗，而且移相范圍廣、成本低、制作簡單。本發(fā)明的移相器應(yīng)用廣泛，可以應(yīng)用到基站天線或者雷達天線中。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，可以很容易地實現(xiàn)相位的改變，從而改變例如基站相控陣，導(dǎo)致天線輻射方向的改變，使得基站天線或者雷達天線方向性更好。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超材料移相器，其特征在于，包括:可旋轉(zhuǎn)的圓波導(dǎo)、設(shè)置在所述圓波導(dǎo)內(nèi)腔中的超材料柱； 所述超材料柱包括層疊為一體的多個超材料片層，所述超材料片層包括片狀的基材以及設(shè)置在基材上的多個人造微結(jié)構(gòu)，同一超材料片層各處的折射率相同，且每一超材料片層的折射率自所述超材料柱的中心向兩端逐漸減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，還包括與所述圓波導(dǎo)可旋轉(zhuǎn)連接的旋轉(zhuǎn)單元，用于旋轉(zhuǎn)所述圓波導(dǎo)以改變所述圓波導(dǎo)的電場分布，從而改變所述圓波導(dǎo)兩端電磁波的相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，所述超材料柱與所述圓波導(dǎo)內(nèi)腔緊密貼合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，所述圓波導(dǎo)為中空金屬管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，所述圓波導(dǎo)由銅合金制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為非90度旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，使得所述超材料柱呈各向異性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超材料移相器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為由至少一根金屬絲組成的平面結(jié)構(gòu)或立體結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超材料移相器，其特征在于，所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆亥IJ、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超材料移相器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為“工”字形、“十”字形或“H”形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料移相器，其特征在于，所述基材由陶瓷材料、環(huán)氧樹月旨、聚四氟乙烯、FR-4復(fù)合材料或F4B復(fù)合材料制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及超材料移相器，包括可旋轉(zhuǎn)的圓波導(dǎo)、設(shè)置在所述圓波導(dǎo)內(nèi)腔中的超材料柱；所述超材料柱包括層疊為一體的多個超材料片層，所述超材料片層包括片狀的基材以及設(shè)置在基材上的多個人造微結(jié)構(gòu)，同一超材料片層各處的折射率相同，且每一超材料片層的折射率自所述超材料柱的中心向兩端逐漸減小。本發(fā)明通過在圓波導(dǎo)內(nèi)腔中設(shè)置超材料柱，旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)即可改變圓波導(dǎo)的電場分布，從而改變圓波導(dǎo)兩端電磁波的相位差。每一超材料片層的折射率自所述超材料柱的中心向兩端逐漸減小，使得移相器的體積大大減小且能夠減少損耗，而且移相范圍廣、成本低、制作簡單。
文檔編號H01P1/18GK103107386SQ201110360940
公開日2013年5月15日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 張凌飛 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司