CN116979235A - 一种波导中电磁能流操控装置 - Google Patents
一种波导中电磁能流操控装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116979235A CN116979235A CN202310831701.9A CN202310831701A CN116979235A CN 116979235 A CN116979235 A CN 116979235A CN 202310831701 A CN202310831701 A CN 202310831701A CN 116979235 A CN116979235 A CN 116979235A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy flow
- electromagnetic energy
- waveguide
- electromagnetic
- transmission direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 94
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 85
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims abstract description 75
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract description 42
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 241001092489 Potentilla Species 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
本发明涉及一种波导中电磁能流操控装置，属于电磁波技术领域。该装置包括：第一电磁能流调控模块，其包括第一电谐振结构、第一磁谐振结构和包含二极管的第二磁谐振结构；第二电磁能流调控模块，其包括第一电谐振结构、第一磁谐振结构和包含二极管的第二电谐振结构；其中，第一电谐振结构和第一磁谐振结构用于调控波导中平行于电磁波传输方向上的介电常数和磁导率；第二磁谐振结构和第二电谐振结构通过改变二极管的工作状态调整波导中垂直于电磁波传输方向的磁导率和介电常数从而操控电磁能流的大小。本发明提供的波导中电磁能流操控装置通过谐振结构调控波导中电磁能流的大小，不改变波导的工作频率，且能够对波导中的电磁能流实时调控。
Description
技术领域
本发明涉及电磁波技术领域，尤其是指一种波导中电磁能流操控装置。
背景技术
波导是一种传输电磁能量的重要装置，因此波导中的电磁能流调控一直是电磁研究领域的热门问题。
传统的调控波导中电磁能流的方法主要包括两种：第一种是在波导中放入电介质等材料来改变电磁能流分布，在电介质波导中，电磁波被电介质表面的全内反射限制在电介质内部，通过不同材料掺杂，影响电磁波在波导的反射和色散，进而实现电磁能流的分布。但是由于电介质波导的横截面直径小于波长能量级，电磁波不能在其中有效传播。另一种方式通过改变波导的边界结构、材料或形状，从而影响电磁波的反射或色散，以改变波导内电磁能流分布。但是这两种方法均存在以下几个问题：波导模式具有较低的截止频率和较高的频率边界，超出此范围的频率会在其他模式中起作用，因此不同的频率会在波导中形成不同的模式，波导的主模式为电磁波能量引导效率最高的模式，而在同一个波导上工作的多个模式会对主模式产生干扰。除此之外，传统的波导电磁能流调控方法只能实现固定路径上电磁能流的调控，而不能对波导中的电磁能流进行实时调控。
综上所述，现有的电磁能流调控方法会改变波导内电磁波频率从而影响电磁波传输，且无法对波导中的电磁能流实现实时调控的问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中电磁能流调控方法会改变波导内电磁波频率从而影响电磁波传输，且无法对波导中的电磁能流实现实时调控的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种波导中电磁能流操控装置，包括：
第一电磁能流调控模块，设置于波导内，用于调控波导内的磁场，所述第一电磁能流调控模块为立方体结构，其包括：
第一电谐振结构，设置于所述第一电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第一侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上电场的介电常数；
第一磁谐振结构，设置于所述第一电磁能流调控模块垂直于电磁波传输方向的侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率；
第二磁谐振结构，设置于所述第一电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第二侧表面，用于调控波导内垂直于电磁波传输方向上磁场的磁导率；
第二电磁能流调控模块，设置于波导内，用于调控波导内的电场，所述第二电磁能流调控模块为立方体结构，其包括：
第一电谐振结构，设置于所述第二电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第一侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上电场的介电常数；
第一磁谐振结构，设置于所述第二电磁能流调控模块垂直于电磁波传输方向的侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率；
第二电谐振结构，设置于所述第二电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第二侧表面，用于调控波导内垂直于电磁波传输方向上电场的介电常数；
其中，所述第二磁谐振结构和所述第二电谐振结构中均设置有二极管，当所述二极管导通时，所述第二磁谐振结构和所述电谐振结构导通，当所述二极管断路时，所述第二磁谐振结构和所述电谐振结构断路。
在本发明的一个实施例中，所述第一电磁能流调控模块和所述第二电磁能流调控模块的边长均小于等于所传导电磁波波长的三分之一。
在本发明的一个实施例中，所述第一电谐振结构和所述第二电谐振结构均为由金属线在基板上以弓字型结构镀刻成的矩形结构，所述第一磁谐振结构和所述第二磁谐振结构均为由金属线在基板上镀刻成的回字型结构。
在本发明的一个实施例中，所述基底为聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板。
在本发明的一个实施例中，所述金属线使用的金属材料为铜。
在本发明的一个实施例中，所述第一磁谐振结构、所述第二磁谐振结构、所述第一电谐振结构和所述第二电谐振结构的长度、宽度、金属线宽度以及同一谐振结构中相邻金属线间的距离与波导的工作频率成反比。
在本发明的一个实施例中，所述第一磁谐振结构和所述第二磁谐振结构的长度、宽度、金属线宽度以及同一谐振结构中相邻金属线间的距离均相等；所述第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构和第二电谐振结构的长度、宽度、金属线宽度以及同一谐振结构中相邻金属线间的距离均相等。
在本发明的一个实施例中，在同一工作频率下，所述第一电磁能流调控模块与所述第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构的长度相同；所述第一电磁能流调控模块中的第一电谐振结构的宽度大于所述第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构的宽度。
在本发明的一个实施例中，所述第一电磁能流调控模块和所述第二电磁能流调控模块的数量相等。
本发明所述的波导中电磁能流操控装置包括：立方体结构的第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块；其中第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第一侧表面均设置有电谐振结构，用于将平行于电磁波传输方向上电场的介电常数调整预设范围；其垂直于电磁波传输方向的侧表面均设置有磁谐振结构，用于将平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率调整至预设范围；第一电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第二侧表面设置有带有二极管的磁谐振结构，当二极管导通时，将垂直于电磁波传输方向上磁场的磁导率调整至预设范围，以实现对波导内磁场的调控，从而实现对电磁能流的放大；第二电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第二侧表面设置有带有二极管的电谐振结构，当二极管导通时，将垂直于电磁波传输方向上电场的介电常数调整至预设范围，以实现对波导内电场的调控，从而实现对电磁能流的放大。
本发明提供的波导中电磁能流操控装置通过电谐振结构和磁谐振结构改变波导中的电场和磁场，从而调控电磁能流的大小，不需要改变波导的结构、材料和形状，不会改变波导的工作频率从而对电磁波传输造成影响。除此之外，本申请还可以通过改变电磁能流调控模块在波导内的位置以及控制二极管的通断对波导内的电磁能流实现实时调控。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1中的(a)是本发明提供的第一电谐振结构示意图；
图1中的(b)是本发明提供的第一磁谐振结构示意图；
图1中的(c)是本发明提供的第二磁谐振结构示意图；
图1中的(d)是本发明提供的第二电谐振结构示意图；
图2中的(a)是本发明提供的一种第一电磁能流调控模块示意图；
图2中的(b)是本发明提供的一种第二电磁能流调控模块示意图；
图3是本发明实施例提供的一种波导中电磁能流操控装置示意图；
图4中的(a)是本发明实施例提供的一种第一电磁能流调控模块等效参数变化曲线示意图；
图4中的(b)是本发明实施例提供的一种第二电磁能流调控模块等效参数变化曲线示意图；
图5是本发明实施例提供的一种波导中电磁能流操控装置填充于波导内的示意图；
图6中的(a)是本发明实施例提供的一种数值模拟的波导内电磁能流分布示意图；
图6中的(b)是本发明实施例提供的另一种数值模拟的波导内电磁能流分布示意图；
图7是本发明实施例提供的一种电磁能流调控模块的调控效果对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
谐振波的复数坡印廷矢量的实部为平均电磁能流密度矢量，即从定义可以看出，通过控制波导中的电场和磁场，能够实现对波导内电磁能流的任意调控，基于此，本申请提供了一种波导中电磁能流操控装置，该装置包括：
第一电磁能流调控模块，设置于波导内，用于调控波导内的磁场，该第一电磁能流调控模块为立方体结构，其包括：
第一电谐振结构，设置于第一电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第一侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上电场的介电常数。
当电磁波传输时，通过该结构将波导内电磁波传输方向上电场的介电常数调整至预设范围，在本实施例中，第一电谐振结构可以将波导内电磁波传输方向上电场的介电常数调整至-0.1-0.1，以便后续对波导中垂直于电磁波传输方向的磁场进行调控。
第一磁谐振结构，设置于第一电磁能流调控模块垂直于电磁波传输方向的侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率。
当电磁波传输时，设置于第一电磁能流调控模块垂直于电磁波传输方向的两个侧表面上的第一磁谐振结构将波导内平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率调整至预设范围，在本实施例中，第一磁谐振结构可以将波导内电磁波传输方向上磁场的磁导率调整至-0.1-0.1，以便后续对波导中垂直于电磁波方向的磁场进行调控。
第二磁谐振结构，设置于第一电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第二侧表面，用于调控波导内垂直于电磁波传输方向上磁场的磁导率。
具体地，该第二磁谐振结构中设置有二极管。
电磁波进入波导后，当该第二磁谐振结构中的二极管导通时，第二磁谐振结构导通，产生垂直于电磁波传输方向的磁谐振，将波导内垂直于电磁波传输方向上磁场的磁导率调整至预设范围，在本实施例中，第二磁谐振结构可以将波导内垂直于电磁波传输方向上磁场的磁导率调整至-0.1-0.1，根据磁感应强度的法向连续条件可知，磁场反比于磁导率，因此，此时垂直于电磁波传输方向的磁场会增大，而垂直于电磁波传输方向的电场几乎不变，从而实现对电磁能流的放大。若二极管断路，则该第二谐振结构无法产生垂直于电磁波传输方向的磁谐振，也就无法对垂直于电磁波传输方向的磁场进行调控，从而无法实现对电磁能流的调控。
第二电磁能流调控模块，用于调控波导内的电场，该第二电磁能流调控模块为立方体结构，其包括：
第一电谐振结构，设置于第二电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第一侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上电场的介电常数。
当电磁波传输时，通过该结构将波导内平行于电磁波传输方向上电场的介电常数调整至预设范围，在本实施例中，第一电谐振结构可以将波导内电磁波传输方向上电场的介电常数调整至-0.1-0.1，以便后续对波导内垂直于电磁波传输方向的电场进行调控。
第一磁谐振结构，设置于第二电磁能流调控模块垂直于电磁波传输方向的侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率。
当电磁波传输时，设置于第二电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的两个侧表面上的第一磁谐振结构将波导内平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率调整至预设范围，在本实施例中，第一磁谐振结构可以将波导内电磁波传输方向上磁场的磁导率调整至-0.1-0.1，以便后续对波导内垂直于电磁波传输方向的电场进行调控。
第二电谐振结构，设置于第二电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第二侧表面，用于调控波导内垂直于电磁波传输方向上电场的介电常数。
具体地，该第二电谐振结构中设置有二极管。
电磁波进入波导后，若该第二电谐振结构中的二极管导通，第二电谐振结构导通，则产生垂直于电磁波传输方向的电谐振，将波导内垂直于电磁波传输方向上电场的介电常数调整至预设范围，在本实施例中，第二电谐振结构可以将波导内垂直于电磁波传输方向上的介电常数调整至-0.1-0.1，根据电位移矢量的法向连续条件可知，电场反比于介电常数，因此，此时波导内垂直于电磁波传输方向的电场会增大，而垂直于电磁波传输方向的磁场几乎不变，从而实现对电磁能流的放大。若二极管断路，则该第二电谐振结构无法产生垂直于电磁波传输方向的电谐振，也就无法对垂直于电磁波传输方向的电场进行调控，从而无法实现电磁能流的调控。
使用本申请提供的波导中电磁能流操控装置调控波导中的电磁能流时，仅需要将该装置填充在波导内，不需要对波导的结构、材料和形状进行改变，因此不会改变波导的工作频率，避免了波导的工作频率改变影响波导内的电磁波传输。而且该装置不仅能够通过改变第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块的设置位置实现对波导内设定段电磁能流的调控，还可以通过控制第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块中的二极管通断控制对波导中电磁能流调控的时间以及位置，实现了对波导中电磁能流的实时调控。
受衍射极限影响，传统介质波导的横向特征尺寸只能缩减到波长的二分之一，且弯曲损耗特别大，很难实现亚波长尺度上的对电磁能流的调控。而本申请实施例中第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块的边长均小于等于被传导的电磁波波长的三分之一，实现了亚波长尺度下对电磁能流的调控。
在本实施例中，第一电谐振结构和第二电谐振结构均为由金属线在基板上以弓字型结构镀刻成的矩形结构。第一磁谐振结构和第二磁谐振结构均为由金属线在基板上镀刻成的回字型结构。
示例地，如图1中的(a)所示为本实施例提供的第一电谐振结构，其中，a1、b1、d1、w1分别表示第一电谐振结构的宽度、长度、相邻金属线间的距离以及金属线宽度；如图1中的(d)所示为本实施例提供的第二电谐振结构，其中，a4、b4、d4、w4分别表示第二电谐振结构的宽度、长度、相邻金属线间的距离以及金属线宽度。
示例地，如图1中的(b)所示为本实施例提供的第一磁谐振结构，其中，a2、b2、d2、w2分别表示第一磁谐振结构的宽度、长度、相邻金属线间的距离以及金属线宽度；如图1中的(c)所示为本实施例提供的第二磁谐振结构，其中，a3、b3、d3、w3分别表示第二磁谐振结构的宽度、长度、相邻金属线间的距离以及金属线宽度。
在本发明的其他实施例中，第一磁谐振结构和第二磁谐振结构还可以是其他形状，不局限于图中的回字型结构；第一电谐振结构和第二电谐振结构还可以是其他形状，不局限于图中的弓字型结构；如图2中的(a)所示为本申请其他实施例中提供的一种第一电磁能流调控模块，图2中的(b)所示为本申请其他实施例中提供的一种第二电磁能流调控模块，其中，磁谐振结构和电谐振结构均与图1中的形状有所区别。
可选地，本实施例中的基底使用聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板(F4B)，其介电常数ε＝2.65+0.001*i，同其他介质基底相比，该基底具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高润滑、不黏附、无毒害的优点。
可选地，本实施例中的金属线使用的金属材料为铜，相比于其他金属材料，铜具有较低的电阻率和损耗，易于加工制备且制备工艺相对比较成熟。另外，通过改变金属线的材料也可以改变该电磁能流操控装置对应的波导的工作频率。
本实施例提供的波导中电磁能流操控装置中的第一磁谐振结构、第二磁谐振结构、第一电谐振结构和第二电谐振结构的尺寸与波导的工作频率成反比，其中，第一磁谐振结构、第二磁谐振结构、第一电谐振结构和第二电谐振结构的尺寸包括长度、宽度、同一谐振结构中相邻金属线间的距离以及金属线宽度。
示例地，当第一电谐振结构的尺寸a1＝3.42mm,b1＝5mm,d1＝0.2mm,w1＝0.2mm，第二电谐振结构的尺寸a4＝3.42mm,b4＝5mm,d4＝0.2mm,w4＝0.2mm，第一磁谐振结构的尺寸a2＝2.7mm,b2＝2.7mm,d2＝0.225mm,w2＝0.225mm，第二磁谐振结构的尺寸a3＝2.7mm,b3＝2.7mm,d3＝0.225mm,w3＝0.225mm时，对应的波导的工作频率为5.56GHz，当谐振结构的尺寸增大时，其对应的波导的工作频率减小。
本实施例中提供的第一磁谐振结构和第二磁谐振结构的长度、宽度、相邻金属线间的距离以及金属线宽度均相等；第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构和第二电谐振结构的长度、宽度、相邻金属线间的距离以及金属线宽度均相等。
优选地，在同一工作频率下，第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构的长度相等，第一电磁能流调控模块中第一电谐振结构的宽度大于第二电磁能流调控模块中第一电谐振结构的宽度。
示例地，若波导的工作频率为5.56GHz，第一电磁能流调控模块中的第一电谐振结构的宽度a1＝3.42mm，第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构的宽度a1＝3.3mm时，能够更好地调控波导内的电磁能流。
可选地，本申请提供的波导中电磁能流操控装置中可以包含多个上述的第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块，以对波导内的电磁能流进行操控。
优选地，该波导中电磁能流操控装置中的第一电磁能流调控模块的数量和第二电磁能流调控模块的数量相等，以便对波导内垂直于电磁波传输方向的电场和磁场均匀调控。
当该波导中电磁能流操控装置中包含多个第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块时，既可以将第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块分开设置，还可以将第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块交叉设置。
示例地，可以将多个第一电磁能流调控模块相邻设置组成第一电磁能流调控单元，将多个第二电磁能流调控模块相邻设置组成第二电磁能流调控单元，将第一电磁能流调控单元和第二电磁能流调控单元填充在波导内，如图2中所示，先由多个第一电磁能流调控模块调整波导内垂直于电磁波传输方向的磁场，再由多个第二电磁能流调控模块调整波导内垂直于电磁波传输方向的电场。
示例地，还可以将多个第一电磁能流调控模块和多个第二电磁能流调控模块交叉设置。例如，在波导的第一段填充4*4*1个第一电磁能流调控模块，在波导的第二段填充4*4*1个第二电磁能流调控模块，在波导的第三段再次填充4*4*1个第一电磁能流调控模块，在波导的第四段再次填充4*4*1个第二电磁能流调控模块。
在本申请的其他实施例中，还可以将第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块以其他设置顺序填充于波导内，本申请对此不做限定。
本申请提供的波导中电磁能流操控装置不仅可以调控固定工作频率下的电磁能流大小，还可以通过改变第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块中电谐振结构和磁谐振结构的尺寸以及金属材料实现在不同频率下对电磁能流的调控，因此，本申请提供的波导中电磁能流操控装置不局限于波导的工作频率。
本申请还提供了一种波导，该波导内设置有上述的波导中电磁能流操控装置。
实施例2
如图3所示为本申请实施例中提供的一种波导中电磁能流操控装置：
图中UnitⅠ表示第一电磁能流调控模块，其平行于电磁波传输方向的第一侧表面上的第一电谐振结构尺寸为a1＝3.42mm,b1＝5mm,d1＝0.2mm,w1＝0.2mm，其垂直于电磁波传输方向的第一侧表面和第二侧表面上的第一磁谐振结构尺寸为a2＝2.7mm,b2＝2.7mm,d2＝0.225mm,w2＝0.225mm，其平行于电磁波传输方向的第二侧表面上的第二磁谐振结构尺寸为a3＝2.7mm,b3＝2.7mm,d3＝0.225mm,w3＝0.225mm。
图中UnitⅡ表示第二电磁能流调控模块，其平行于电磁波传输方向的第一侧表面上的第一电谐振结构尺寸为a1＝3.3mm,b1＝5mm,d1＝0.2mm,w1＝0.2mm，其垂直于电磁波传输方向的第一侧表面和第二侧表面上的第一磁谐振结构尺寸为a2＝2.7mm,b2＝2.7mm,d2＝0.225mm,w2＝0.225mm，其平行于电磁波传输方向的第二侧表面上的第二电谐振结构尺寸为a4＝3.3mm,b4＝5mm,d4＝0.2mm,w4＝0.2mm。
本实施例中谐振结构的金属线材料为铜，其对应的波导的工作频率为5.56GHz。
如图4中的(a)所示，在波导的工作频率为5.56GHz时，该电磁能流操控装置中的第一电磁能流调控模块中的第一电谐振结构使得平行于电磁波传输方向上电场的介电常数εx趋于0，第一磁谐振结构使得平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率μx趋于0，当TE(Transverse electric)波入射时，在第二磁谐振结构中的二极管导通时，第二磁谐振结构产生垂直于电磁波方向的磁谐振，使得垂直于电磁波方向上磁场的磁导率μz趋于0，此时垂直于电磁波传输方向的磁场增大，电场几乎不变，从而实现对电磁能流的放大。若在第二磁谐振结构中的二极管处于断路，则εx和μx仍趋近于0，但第二磁谐振结构无法产生垂直于电磁波传输方向的磁谐振，μz将远大于0，此时的第一电磁能流调控模块仅仅为传播方向上的零折射率材料，不能调控波导内的磁场，也就无法实现对波导内电磁能流的调控。
如图4中的(b)所示，在波导的工作频率为5.56GHz时，该电磁能流操控装置中的第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构使得平行于电磁波传输方向上电场的介电常数εx趋于0，第一磁谐振结构使得平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率μx趋于0，当TE(Transverse electric)波入射时，在第二电谐振结构中的二极管导通时，第二电谐振结构产生垂直于电磁波方向的电谐振，使得垂直于电磁波方向上电场的介电常数εy趋于0，此时垂直于电磁波传输方向的电场增大，磁场几乎不变，从而实现对电磁能流的放大。若在第二电谐振结构中的二极管处于断路，则εx和μx仍趋近于0，但第二电谐振结构无法产生垂直于电磁波传输方向的电谐振，εy将远大于0，此时的第二电磁能流调控模块仅仅为传播方向上的零折射率材料，不能调控波导内的电场，也就无法实现对波导内电磁能流的调控。
实施例3
为验证本申请提供的波导中电磁能流操控装置对波导中电磁能流调控的效果，本申请实施例在PEC-PMC波导内第一段填充了4*4*5的实施例2中提供的第一电磁能流调控模块，第二段填充了4*4*5的实施例2中提供的第二电磁能流调控模块。其中，使第一段中2*2*2个第一电磁能流调控模块中的二极管处于通路，记为BlockⅠ，使第二段中2*2*2个第二电磁能流调控模块中的二极管处于通路，记为BlockⅡ，如图5所示，除了BlockⅠ和BlockⅡ，其他所有的第一电磁能流调控模块和第二电磁能流调控模块中的二极管均处于断路。如图5中所示，入射波的电场垂直于上下的PEC平板，磁场垂直于PMC平板。
如图6所示为数值模拟的波导中电磁能流分布示意图，从图6中的(a)中可以看出，在5.56GHz频率下，波导中的电磁能流在BlockⅠ和BlockⅡ区域有明显增强；从图6中的(b)可以看出，在二极管处于断路的区域，电磁能流的增强效果则会消失。
本实施例中还提供了BlockⅠ和BlockⅡ区域的平均电磁能流密度在二极管处于通路(|Son|)时的能流以及二极管处于断路(|Soff|)时的能流对比示意图，如图7所示，从图中可以看出，当BlockⅠ和BlockⅡ区域中电磁能流调控模块的二极管从断路转换为通路时，该区域的电磁能流会出现明显的增强。
由此可以证明，本申请提供的波导中电磁能流操控装置通过控制电磁能流调控模块中的二极管通断，可以非常有效的操控波导中的电磁能流分布。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种波导中电磁能流操控装置，其特征在于，包括：
第一电磁能流调控模块，设置于波导内，用于调控波导内的磁场，所述第一电磁能流调控模块为立方体结构，其包括：
第一电谐振结构，设置于所述第一电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第一侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上电场的介电常数；
第一磁谐振结构，设置于所述第一电磁能流调控模块垂直于电磁波传输方向的侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率；
第二磁谐振结构，设置于所述第一电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第二侧表面，用于调控波导内垂直于电磁波传输方向上磁场的磁导率；
第二电磁能流调控模块，设置于波导内，用于调控波导内的电场，所述第二电磁能流调控模块为立方体结构，其包括：
第一电谐振结构，设置于所述第二电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第一侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上电场的介电常数；
第一磁谐振结构，设置于所述第二电磁能流调控模块垂直于电磁波传输方向的侧表面，用于调控波导内平行于电磁波传输方向上磁场的磁导率；
第二电谐振结构，设置于所述第二电磁能流调控模块平行于电磁波传输方向的第二侧表面，用于调控波导内垂直于电磁波传输方向上电场的介电常数；
其中，所述第二磁谐振结构和所述第二电谐振结构中均设置有二极管，当所述二极管导通时，所述第二磁谐振结构和所述电谐振结构导通，当所述二极管断路时，所述第二磁谐振结构和所述电谐振结构断路。
2.根据权利要求1所述的波导中电磁能流操控装置，其特征在于，所述第一电磁能流调控模块和所述第二电磁能流调控模块的边长均小于等于所传导电磁波波长的三分之一。
3.根据权利要求1所述的波导中电磁能流操控装置，其特征在于，所述第一电谐振结构和所述第二电谐振结构均为由金属线在基板上以弓字型结构镀刻成的矩形结构，所述第一磁谐振结构和所述第二磁谐振结构均为由金属线在基板上镀刻成的回字型结构。
4.根据权利要求3所述的波导中电磁能流操控装置，其特征在于，所述基底为聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板。
5.根据权利要求3所述的波导中电磁能流操控装置，其特征在于，所述金属线使用的金属材料为铜。
6.根据权利要求3所述的波导中电磁能流操控装置，其特征在于，所述第一磁谐振结构、所述第二磁谐振结构、所述第一电谐振结构和所述第二电谐振结构的长度、宽度、金属线宽度以及同一谐振结构中相邻金属线间的距离与波导的工作频率成反比。
7.根据权利要求3所述的波导中电磁能流操控装置，其特征在于，所述第一磁谐振结构和所述第二磁谐振结构的长度、宽度、金属线宽度以及同一谐振结构中相邻金属线间的距离均相等；所述第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构和第二电谐振结构的长度、宽度、金属线宽度以及同一谐振结构中相邻金属线间的距离均相等。
8.根据权利要求3所述的波导中电磁能流操控装置，其特征在于，在同一工作频率下，所述第一电磁能流调控模块与所述第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构的长度相同；所述第一电磁能流调控模块中的第一电谐振结构的宽度大于所述第二电磁能流调控模块中的第一电谐振结构的宽度。
9.根据权利要求1所述的波导中电磁能流操控装置，其特征在于，所述第一电磁能流调控模块和所述第二电磁能流调控模块的数量相等。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310831701.9A CN116979235B (zh) | 2023-07-07 | 一种波导中电磁能流操控装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310831701.9A CN116979235B (zh) | 2023-07-07 | 一种波导中电磁能流操控装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116979235A true CN116979235A (zh) | 2023-10-31 |
| CN116979235B CN116979235B (zh) | 2024-07-26 |
Family
ID=
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101026257A (zh) * | 2007-02-09 | 2007-08-29 | 哈尔滨工业大学 | 超小型谐振腔 |
| US20120105970A1 (en) * | 2009-06-05 | 2012-05-03 | Tetsuya Ueda | Three-dimensional metamaterial |
| CN102480007A (zh) * | 2011-04-12 | 2012-05-30 | 深圳光启高等理工研究院 | 一种汇聚电磁波的超材料 |
| US20120146881A1 (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-14 | Mckinzie Iii William E | Absorptive electromagnetic slow wave structures |
| CN109802241A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-24 | 西安电子科技大学 | 超材料单元、电磁聚焦放大透镜及其制备方法 |
| CN112072283A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-11 | 华南理工大学 | 基于amc的低剖面圆极化交叉偶极子天线及通信设备 |
| US20210194104A1 (en) * | 2017-10-26 | 2021-06-24 | 3M Innovative Properties Company | Waveguide and communication system |
| CN113078458A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-07-06 | 电子科技大学 | 一种用于卫星通信的低剖面低仰角高增益电磁偶极子天线 |
| CN115566384A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-03 | 电子科技大学 | 一种基于拓扑手性边界态的高效电磁波导 |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101026257A (zh) * | 2007-02-09 | 2007-08-29 | 哈尔滨工业大学 | 超小型谐振腔 |
| US20120105970A1 (en) * | 2009-06-05 | 2012-05-03 | Tetsuya Ueda | Three-dimensional metamaterial |
| US20120146881A1 (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-14 | Mckinzie Iii William E | Absorptive electromagnetic slow wave structures |
| CN102480007A (zh) * | 2011-04-12 | 2012-05-30 | 深圳光启高等理工研究院 | 一种汇聚电磁波的超材料 |
| US20210194104A1 (en) * | 2017-10-26 | 2021-06-24 | 3M Innovative Properties Company | Waveguide and communication system |
| CN109802241A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-24 | 西安电子科技大学 | 超材料单元、电磁聚焦放大透镜及其制备方法 |
| CN112072283A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-11 | 华南理工大学 | 基于amc的低剖面圆极化交叉偶极子天线及通信设备 |
| CN113078458A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-07-06 | 电子科技大学 | 一种用于卫星通信的低剖面低仰角高增益电磁偶极子天线 |
| CN115566384A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-01-03 | 电子科技大学 | 一种基于拓扑手性边界态的高效电磁波导 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ABDELAZIZ HAMDI，AMMAR B.KOUKI，ABDELAZIZ SAMET: "《Leaky Coplanar Waveguide Antenna with Tunable Beamwidth and Radiation Angle Using Composite Right/Left-Handed Materials》", 《2009 THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE ON QUANTUM, NANO AND MICRO TECHNOLOGIES》, 13 February 2009 (2009-02-13) * |
| 王洋洋: "《基于近零密度超材料和声学集体表面震荡的声波调控研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》, 15 February 2018 (2018-02-15) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1371108B1 (en) | Phase shifter tunable via apertures in the ground plane of the wave guide | |
| CN116979235B (zh) | 一种波导中电磁能流操控装置 | |
| CN114488356B (zh) | 一种紧凑型微波拓扑分束器 | |
| CN116979235A (zh) | 一种波导中电磁能流操控装置 | |
| CN104638351B (zh) | 天线反射板和高增益天线 | |
| Liang et al. | A novel broadband EBG using cascaded mushroom‐like structure | |
| CN110380221B (zh) | 具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输网络 | |
| CN110061336B (zh) | 封装的集成基片间隙波导四功分器 | |
| CN102800987A (zh) | 一种超材料反射镜 | |
| CN102790275B (zh) | 电磁波分束器 | |
| CN114665241B (zh) | 一种人工表面等离子体激元与微带线的转换结构和方法 | |
| CN112165175B (zh) | 一种具有高传输效率的互补型人工阻抗界面电磁波传输线 | |
| CN105071037A (zh) | 基于渐变折射率超材料的天线罩 | |
| Alitalo et al. | Impedance-matched microwave lens | |
| CN102956940B (zh) | 基于超材料的微带线 | |
| CN107565222B (zh) | 用于tm极化波大角度传输的enz超材料波导 | |
| CN210430054U (zh) | 基于石墨烯的人工表面等离子激元动态可调柔性衰减器 | |
| CN207009617U (zh) | 一种镜像对称矩形凹槽微波带通滤波器 | |
| CN113964540B (zh) | 一种莫尔效应人工表面等离激元色散的调控装置及方法 | |
| CN102683786B (zh) | 功率分配器 | |
| CN111367096A (zh) | 一种基于柔性超材料的太赫兹幅度调制器 | |
| US6671439B2 (en) | Integrated waveguide arrangement, process for producing an integrated waveguide arrangement, and waveguide components | |
| CN103490122B (zh) | 一种基于热敏铁氧体的温控负折射开关及其制备方法 | |
| CN111628264B (zh) | 一种用普通电介质构建近零折射率材料的方法 | |
| CN114614227B (zh) | 一种基于人工表面等离激元的传输线及其传输电路、器件和相控阵 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |