基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡的制作方法
【專利摘要】基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡，涉及相位非連續(xù)超常透鏡設計領域。它是為了解決傳統(tǒng)透鏡的受厚度限制的問題。它由N個帶條型結構單元在豎直方向和水平方向呈周期分布而成;；每個帶條型結構單元包括矩形基板和帶條型結構，帶條型結構包括兩根金屬條；每根金屬條由一號金屬臂和二號金屬臂組成的一體件；兩根金屬條沿矩形基板的水平方向的中心線鏡像設置并固定在矩形基板上；每個單元在交叉極化波透射率0.45時的一階諧振頻點上帶寬介于1GHz至1.9GHz之間；在水平方向上，相鄰兩個帶條型結構單元上的一號金屬臂之間的角度為π/6；對于固定的單元長度a，該透鏡在水平方向具有相位梯度，相位梯度2π/(6*a)。本發(fā)明適用于透鏡的使用場合。
【專利說明】基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及相位非連續(xù)超常透鏡設計領域。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)對電磁波傳輸方向的人工調控手段依賴于電磁波在介質中傳播所產生的累積相位變化。例如通過調節(jié)透鏡不同位置處的厚度，可以實現電磁波傳播的匯聚或發(fā)散，此類器件典型的有凸透鏡、凹透鏡。對于相同厚度的透鏡，可以通過調節(jié)不同位置處的介質折射率，實現電磁波傳輸方向的人工調控，此類器件典型的有梯度折射率透鏡、龍伯透鏡等。以上兩種傳統(tǒng)的透鏡都必須有一定的厚度要求，在此厚度內，通過電磁波的傳輸累積相位差，來實現對電磁波的調控，一般來說，透鏡的厚度需要和波長可比擬或者大于波長，因此基于傳統(tǒng)折射定律的電磁波調控器件存在厚度極限。由此導致的透鏡重量及介質損耗也是不可避免的，這在很大程度上限制了傳統(tǒng)透鏡的適用范圍。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)透鏡的受厚度限制的問題，從而提供一種基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡。
[0004]基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡，它由N個帶條型結構單元在豎直方向和水平方向呈周期分布而成；N為正整數；每個帶條型結構單元的長度為16mm ；
[0005]每個帶條型結構單元均包括矩形基板I和帶條型結構，所述帶條型結構包括兩根金屬條2 ;每根金屬條2是由一號金屬臂和二號金屬臂組成的一體件；所述一號金屬臂固定在二號金屬臂的一端，所述一號金屬臂與二號金屬臂垂直；
[0006]兩根金屬條2沿矩形基板I的水平方向的中心線鏡像設置并固定在矩形基板I上；
[0007]每個單元在交叉極化波透射率0.45時的一階諧振頻點上帶寬介于IGHz至1.9GHz之間；
[0008]在水平方向上，相鄰兩個帶條型結構單元上的帶條型結構之間的角度為Ji/6;
[0009]該透鏡在水平方向具有相位梯度，對于固定的單元長度a，該透鏡在水平方向具有相位梯度，相位梯度2 / (6*a)。
[0010]—號金屬臂的長度為12mm,寬度為Imm ;二號金屬臂的長度為5mm,寬度為1mm。
[0011]每個帶條型結構單元中的矩形基板I的介電常數為3.5。
[0012]該透鏡在水平方向具有相位梯度采用Pancharatnam-Berry相位的分布實現。
[0013]本發(fā)明目提出了 一種傳輸方向上亞波長尺寸的電磁波異常折射超常透鏡，它具有最高交叉極化波透射率高達25%，交叉極化透射率25%的帶寬可以達到IGHz，效率在20%以上的頻率帶寬可以達到1.9GHz的特點，克服了傳統(tǒng)透鏡厚度極限的缺點。
【專利附圖】

【附圖說明】[0014]圖1是本發(fā)明的帶條型結構單元的結構示意圖；
[0015]圖2是圖1中帶條型結構單元結構在旋轉e角度后結構示意圖；
[0016]圖3是帶條型結構單元對于電場沿X軸和Y軸極化的垂直入射線極化電磁波的傳輸系數仿真示意圖；
[0017]圖4是帶條型結構單元對于垂直入射的圓極化電磁波，以左旋圓極化電磁波為例，交叉極化電磁波(右旋圓極化電磁波)的透射系數仿真示意圖；
[0018]圖5是寬帶電磁波異常折射透鏡中的一個單元結構示意圖；
[0019]圖6是透鏡對于透射的交叉極化分量，異常折射角的理論值和仿真結果示意圖；
[0020]圖7是各個頻點上交叉極化分量相對入射波能量的效率仿真示意圖。
【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一、結合圖1至圖7說明本【具體實施方式】，基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡，它由N個帶條型結構單元在豎直方向和水平方向呈周期分布而成；N為正整數；每個帶條型結構單元的長度為16_ ；
[0022]每個帶條型結構單元均包括矩形基板I和帶條型結構，所述帶條型結構包括兩根金屬條2 ;每根金屬條2是由一號金屬臂和二號金屬臂組成的一體件；所述一號金屬臂固定在二號金屬臂的一端，所述一號金屬臂與二號金屬臂垂直；
[0023]兩根金屬條2沿矩形基板I的水平方向的中心線鏡像設置并固定在矩形基板I上；
[0024]每個單元在交叉極化波透射率0.45時的一階諧振頻點上帶寬介于IGHz至1.9GHz之間；
[0025]在水平方向上，相鄰兩個帶條型結構單元上的帶條型結構之間的角度為Ji/6;
[0026]該透鏡在水平方向具有相位梯度，對于固定的單元長度a，該透鏡在水平方向具有相位梯度，相位梯度2 / (6*a)。
[0027]【具體實施方式】二、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡的區(qū)別，一號金屬臂的長度為12_，寬度為1mm;二號金屬臂的長度為5mm,寬度為1mm。
[0028]【具體實施方式】三、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡的區(qū)別，每個帶條型結構單元中的矩形基板I的介電常數為3.5。
[0029]【具體實施方式】四、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡的區(qū)別，該透鏡在水平方向具有相位梯度采用Pancharatnam-Berry相位的分布實現。
[0030]廣義折射定律指出，當介質分界面上存在梯度相位差時，折射角et和入射角0i滿足:
[0031 ]
【權利要求】
1.基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡，其特征是:它由N個帶條型結構單元在豎直方向和水平方向呈周期分布而成；N為正整數；每個帶條型結構單元的長度為16mm ； 每個帶條型結構單元均包括矩形基板(I)和帶條型結構，所述帶條型結構包括兩根金屬條(2);每根金屬條(2)是由一號金屬臂和二號金屬臂組成的一體件；所述一號金屬臂固定在二號金屬臂的一端，所述一號金屬臂與二號金屬臂垂直； 兩根金屬條(2)沿矩形基板(I)的水平方向的中心線鏡像設置并固定在矩形基板(I)上； 每個單元在交叉極化波透射率0.45時的一階諧振頻點上帶寬介于IGHz至1.9GHz之間； 在水平方向上，相鄰兩個帶條型結構單元上的帶條型結構之間的角度為n/6 ； 該透鏡在水平方向具有相位梯度，對于固定的單元長度a，該透鏡在水平方向具有相位梯度，相位梯度2ji/(6*a)。
2.根據權利要求1所述的基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡，其特征在于一號金屬臂的長度為12mm,寬度為Imm ;二號金屬臂的長度為5mm,寬度為1mm。
3.根據權利要求1所述的基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡，其特征在于每個帶條型結構單元中的矩形基板(I)的介電常數為3.5。
4.根據權利要求1所述的基于廣義折射定律的寬帶電磁波異常折射透鏡，其特征在于該透鏡在水平方向具有相位梯度采用Pancharatnam-Berry相位的分布實現。
【文檔編號】H01Q15/02GK103647151SQ201310726238
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權日:2013年12月25日
【發(fā)明者】吳群, 丁旭旻, 張狂 申請人:哈爾濱工業(yè)大學