一种介质型相位调控超材料结构和天线制造技术

本发明专利技术公开了一种介质型相位调控超材料结构，涉及无线通信终端的天线技术领域，包括器件层和衬底层，上述器件层包括多个硅器件，上述器件层中的硅器件径向排列，从中心位置向外延伸尺寸逐渐减小。沿轴向传输的入射波产生折射，利用不同尺寸的硅器件，获得不同的相位梯度，实现0～2π的连续相位变化，通过调控超材料结构的空间不均匀性对透射波或反射波的相位、幅值和进行空间调制，有效地对入射波进行波前整形，实现聚焦，解决入射波传播时散射的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种介质型相位调控超材料结构和天线


[0001]本专利技术涉及无线通信终端的天线
，具体涉及一种介质型相位调控超材料结构和天线。

技术介绍

[0002]随着天线技术的不断发展，面对不同的应用领域、应用场景和应用平台，为了保证通信质量，对于不同的应用平台，要求采用不同性能的天线以实现信号覆盖。当光波在无序介质中传播时，会受到介质内部的微观粒子的多重散射和不均匀性影响，发生严重的波前畸变，使得光的传播方向变的杂乱无章，入射光的相位和振幅等信息丢失，无法在介质中或透过介质形成光学聚焦。
[0003]伴随着人类对天线性能要求的日益提升，传统天线体积大、重量重等问题越来越限制其在无线通信系统中的应用，所以研究小型化天线等新型天线对未来无线通信技术发展具有重大意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是入射波传播时散射的问题，目的在于提供一种介质型相位调控超材料结构和天线，对入射波进行波前整形，实现聚焦，解决入射波传播时散射的问题。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种介质型相位调控超材料结构，包括器件层和衬底层，上述器件层包括多个硅器件，上述器件层中的硅器件径向排列，从中心位置向外延伸尺寸逐渐减小。
[0007]上述器件层中的硅器件径向排列，从中心位置向外延伸尺寸逐渐减小，沿轴向传输的电磁波产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。
[0008]利用不同尺寸的硅器件，获得不同的相位梯度，实现0～2π的连续相位变化，通过调控超材料结构的空间不均匀性对透射波或反射波的相位、幅值和进行空间调制，有效地对入射波进行波前整形，实现聚焦，解决入射波传播时散射的问题。
[0009]进一步的，上述介质型相位调控超材料结构由多个单元结构排列构成，上述单元结构包括一个硅器件和衬底，上述多个单元结构中的衬底尺寸相同，硅器件尺寸相同或不同，不同尺寸的硅器件，可获得不同的相位梯度。
[0010]进一步的，上述单元结构中硅器件的尺寸小于或等于该单元结构中衬底的尺寸，控制介质型相位调控超材料结构中硅器件的间隙，利用光程差使光线汇聚成一点。
[0011]进一步的，上述硅器件为矩型，衬底为矩型，结构简单，生产工艺简单。
[0012]进一步的，上述硅器件为本征硅材料的部件，衬底为氧化硅材料的部件，采用全介质结构，具有高折射率，从而得到高效率的器件，在红外波段，硅是一种优良的介质材料，对处理入射波为红外波段的天线具有很好的聚焦效果，解决入射波传播时散射的问题。
[0013]进一步的，上述介质型相位调控超材料结构中的单元结构呈环形排列，且相同半径处的硅器件尺寸相同，硅器件排列成圆形，无死角的汇聚入射波，达到更好的汇聚效果。
[0014]进一步的，上述硅器件的高度为0.5～10μm，高度越高，相位变化越大，上述相位变化的公式如下：
[0015][0016]其中，代表相位变化，Δn
eff
代表有效折射率，h代表硅器件的高度，λ代表入射波波长。
[0017]进一步的，上述硅器件的长度为0.01～0.45μm，长度越长，有效折射率越大，相位变化也越大。
[0018]上述有效折射率的公式如下：
[0019][0020]其中，w代表硅器件的尺寸，a代表单元结构中衬底的长，b代表单元结构中衬底的宽，n
si
为本征硅的折射率，为氧化硅的折射率。
[0021]一种天线，包括喇叭天线和上述介质型相位调控超材料结构，上述介质型相位调控超材料结构覆盖于上述喇叭天线口，用于汇聚入射波，解决入射波传播时散射的问题。
[0022]进一步的，上述介质型相位调控超材料结构与喇叭天线口留有间距。
[0023]利用不同尺寸的硅器件，获得不同的相位梯度，实现0～2π的连续相位变化，使得介质型相位调控超材料在喇叭天线工作的频段内能达到汇聚的效果，压缩天线的方向图，避免天线性能降低，最后采用电磁仿真软件或实际测试的方法来不断优化介质型相位调控超材料结构与喇叭天线口的间距，达到优化介质型相位调控超材料和喇叭天线的耦合的目的，避免天线谐振造成增益下降。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0025]1、上述器件层中的硅器件径向排列，沿轴向传输的电磁波产生折射；
[0026]2、从中心位置向外延伸尺寸逐渐减小，利用不同尺寸的硅器件，获得不同的相位梯度，实现0～2π的连续相位变化，通过调控超材料结构的空间不均匀性对透射波或反射波的相位、幅值和进行空间调制，有效地对入射波进行波前整形，实现聚焦，解决入射波传播时散射的问题；
[0027]3、上述介质型相位调控超材料结构覆盖于上述喇叭天线口，用于汇聚入射波，解决入射波传播时散射的问题。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0029]图1为超材料单元结构的主视图；
[0030]图2为超材料单元结构的俯视图
[0031]图3为介质型相位调控超材料结构的整体器件图；
[0032]图4为超材料径向单元示意图；
[0033]图5为焦距为30μm时的电场图；
[0034]图6为红外波段喇叭天线加载介质型相位调控超材料示意图。
[0035]附图中标记及对应的零部件名称：
[0036]1‑
器件层，2
‑
衬底层，3
‑
介质型相位调控超材料结构，4
‑
喇叭天线，5
‑
硅器件，6
‑
衬底。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0038]实施例1
[0039]如图3所示，一种介质型相位调控超材料结构，包括器件层1和衬底层2，上述器件层1包括多个硅器件5，上述器件层1中的硅器件5径向排列，从中心位置向外延伸尺寸逐渐减小。
[0040]上述器件层1中的硅器件5径向排列，从中心位置向外延伸尺寸逐渐减小，沿轴向传输的电磁波产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。
[0041]利用不同尺寸的硅器件5，获得不同的相位梯度，实现0～2π的连续相位变化，通过调控超材料结构的空间不均匀性对透射波或反射波的相位、幅值和进行空间调制，有效地对入射波进行波前整形，实现聚焦，解决入射波传播时散射的问题。
[0042]如图1和图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介质型相位调控超材料结构，其特征在于，包括器件层(1)和衬底层(2)，所述器件层(1)包括多个硅器件(5)，所述器件层(1)中的硅器件(5)径向排列，从中心位置向外延伸尺寸逐渐减小。2.根据权利要求1所述的一种介质型相位调控超材料结构，其特征在于，介质型相位调控超材料结构(3)由多个单元结构排列构成，所述单元结构包括一个硅器件(5)和衬底(6)，所述多个单元结构中的衬底(6)尺寸相同，硅器件(5)尺寸相同或不同。3.根据权利要求2所述的一种介质型相位调控超材料结构，其特征在于，所述单元结构中硅器件(5)的尺寸小于或等于该单元结构中衬底(6)的尺寸。4.根据权利要求3所述的一种介质型相位调控超材料结构，其特征在于，所述硅器件(5)为矩型，衬底(6)为矩型。5.根据权利要求4所述的一种介质型相位调控超材料结构，其特征在于，所述硅器件(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭冀蜀，鲁国林，罗超鸣，曾凌，陈秋兰，
申请(专利权)人：重庆两江卫星移动通信有限公司，
类型：发明
国别省市：