專(zhuān)利名稱：功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功分器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超材料的功率分配器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁波技術(shù)逐漸深入到我們生活的各個(gè)方面。電磁波的ー個(gè)重要的特性是它可以在任何的介質(zhì)或真空中傳播。在電磁波從發(fā)射端傳播至接收端過(guò)程中，能量的損耗直接影響電磁信號(hào)傳播的距離以及傳輸信號(hào)的質(zhì)量。功率分配器是ー種將一路電磁波輸入信號(hào)能量分成兩路或多路輸出信號(hào)的器件，電磁波分為多路后輸入端ロ的阻抗和多個(gè)輸出端ロ的等效阻抗存在較大的差距，將導(dǎo)致輸入的電磁波發(fā)生反射。由于部分電磁波的反射，沿傳播方向的電磁能量就會(huì)相應(yīng)損耗，嚴(yán)重影響電磁信號(hào)傳播的距離和傳輸信號(hào)的質(zhì)量。 現(xiàn)有技木通過(guò)設(shè)計(jì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)輸入端口和輸出端ロ之間的阻抗匹配，但這種方法至少存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)(I)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)占用較大的布線空間，產(chǎn)品的體積相對(duì)較大；(2)設(shè)計(jì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)需要考慮線路間電磁干擾問(wèn)題和產(chǎn)品的可靠性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種基于超材料的功率分配器，可節(jié)省布線空間，可提高產(chǎn)品的可靠性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供了一種功率分配器，包括一個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端ロ，所述功率分配器還包括設(shè)置于輸入端ロ與輸出端ロ之間的超材料，所述超材料由多個(gè)相互平行且阻抗分布均勻的超材料片層構(gòu)成，每個(gè)片層包括片狀的基板和附著在所述基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)片層沿垂直于所述片層表面方向堆疊形成，且所述各片層的阻抗沿片層的堆疊方向連續(xù)變化，首位片層和末尾片層的阻抗分別與輸入端口和多個(gè)輸出端ロ的等效阻抗相同。進(jìn)ー步地，所述超材料所有片層的人造微結(jié)構(gòu)具有相同的圖案，各片層的人造微結(jié)構(gòu)的尺寸沿片層的堆疊方向連續(xù)變化。進(jìn)ー步地，所述功率分配器的輸入端口和輸出端ロ具有相同的阻抗，多個(gè)輸出端ロ的等效阻抗等于各個(gè)輸出端ロ的阻抗相并聯(lián)。進(jìn)ー步地，每個(gè)所述人造微結(jié)構(gòu)為由至少ー根金屬絲組成的平面結(jié)構(gòu)或立體結(jié)構(gòu)。進(jìn)ー步地，所述金屬絲為銅絲或銀絲。進(jìn)ー步地，所述人造微結(jié)構(gòu)呈“エ”形，包括第一金屬絲和分別連接在第一金屬絲兩端且垂直于所述第一金屬絲的第二金屬絲。進(jìn)ー步地，所述人造微結(jié)構(gòu)包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬絲、分別連接在每個(gè)第一金屬絲兩端且垂直于第一金屬絲的第二金屬絲。上述技術(shù)方案至少具有如下有益效果本發(fā)明的功率分配器采用超材料形成一阻抗?jié)u變層實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，不僅可以節(jié)省有限的布線空間，還可以避免阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致的電磁干擾問(wèn)題。


圖I是本發(fā)明的功率分配器的原理示意圖。圖2是本發(fā)明的功率分配器第一實(shí)施例中所采用的非均勻超材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2所示的非均勻超材料的主視圖，其人造微結(jié)構(gòu)為“エ”字形。圖4是圖2所示的非均勻超材料的側(cè)視圖。圖5是圖4所示的非均勻超材料的A-A剖視圖，各超材料片層的阻抗沿堆疊方向連續(xù)增加或減小。圖6是本發(fā)明的功率分配器第二實(shí)施例中所采用的非均勻超材料的剖視圖。
具體實(shí)施例方式功率分配器是ー種將一路電磁波輸入信號(hào)能量分成兩路或多路輸出信號(hào)的器件。電磁波分為多路后，輸入端ロ的阻抗和多個(gè)輸出端ロ的等效阻抗存在較大的差距，將導(dǎo)致輸入的電磁波發(fā)生反射。由于部分電磁波的反射，沿傳播方向的電磁能量就會(huì)相應(yīng)損耗，嚴(yán)重影響電磁信號(hào)傳播的距離和傳輸信號(hào)的質(zhì)量。超材料是ー種以人造微結(jié)構(gòu)2為基本単元并以特定方式進(jìn)行空間排布、具有特殊電磁響應(yīng)的新型材料，包括由具有一定圖案形狀的金屬絲構(gòu)成的人造微結(jié)構(gòu)2和供人造微結(jié)構(gòu)附著的基板I。多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2在基板I上陣列排布，每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2以及其所附著的基板I所占部分即為ー個(gè)晶格。基板I可為任何與人造微結(jié)構(gòu)2不同的材料，這兩種材料的疊加使每個(gè)晶格產(chǎn)生ー個(gè)等效介電常數(shù)與磁導(dǎo)率，這兩個(gè)物理參數(shù)分別對(duì)應(yīng)了晶格的電場(chǎng)響應(yīng)與磁場(chǎng)響應(yīng)。超材料對(duì)電磁響應(yīng)的特征是由人造微結(jié)構(gòu)2的特征所決定，而人造微結(jié)構(gòu)2的電磁響應(yīng)很大程度上取決于其金屬絲的圖案所具有的拓?fù)涮卣骱推鋷缀纬叽纭８鶕?jù)上述原理設(shè)計(jì)超材料空間中排列的每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2的圖案和幾何尺寸，就可對(duì)超材料中每一點(diǎn)的電磁參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，由于阻抗與7^77成正比關(guān)系，所以只要改變介電常數(shù)與磁導(dǎo)率中的至少ー個(gè)，就可以改變阻杭。實(shí)驗(yàn)證明，相同圖案的人造微結(jié)構(gòu)2，其幾何尺寸與介電常數(shù)成正比，通過(guò)合理設(shè)計(jì)人造微結(jié)構(gòu)2的圖案和不同尺寸的人造微結(jié)構(gòu)2在超材料片層上的排布，就可以使用超材料形成ー個(gè)阻抗?jié)u變層。將該超材料設(shè)置于功率分配器的輸入端ロ與輸出端ロ之間，使其一側(cè)的阻抗與輸入端ロ的阻抗相同，另ー側(cè)的阻抗與輸出端ロ的等效阻抗相同，中間連續(xù)變化即可實(shí)現(xiàn)輸入端口和輸出端ロ間的阻抗匹配，減小電磁波反射。圖I所示本發(fā)明的功率分配器包括輸入端ロ 20、兩個(gè)輸出端ロ 30以及設(shè)置于輸入端ロ 20與輸出端ロ 30之間的非均勻超材料10。非均勻超材料10由多個(gè)相互平行且阻抗均勻分布的超材料片層3構(gòu)成，每個(gè)超材料片層3包括片狀的基板I和附著在基板I上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2，多個(gè)超材料片層3沿垂直于超材料片層3表面方向堆疊形成且各超材料片層3的阻抗沿片層的堆疊方向逐漸增大或減小，首位的超材料片層3和末尾的超材料片層3的阻抗分別與輸入端ロ的阻抗和多個(gè)輸出端ロ的等效阻抗相同，這里的均勻是指構(gòu)成同一超材料片層3的每個(gè)晶格具有相同的電磁參數(shù)。
本實(shí)施例中的所采用的非均勻超材料10在同一超材料片層3的基板I上陣列設(shè)置有多個(gè)相同的人造微結(jié)構(gòu)2。不同超材料片層3所附著的人造微結(jié)構(gòu)2具有相同的幾何形狀且人造微結(jié)構(gòu)2的幾何尺寸沿超材料片層3的堆疊方向逐漸增大或減小，具體實(shí)施時(shí)可根據(jù)輸入端ロ的阻抗和多個(gè)輸出端ロ的等效阻抗分別設(shè)計(jì)非均勻超材料10兩側(cè)的超材料片層3的電磁參數(shù)， 中間的超材料片層3的阻抗連續(xù)變化，進(jìn)而形成ー個(gè)阻抗?jié)u變層。本實(shí)施例中功率分配器的輸入端口和輸出端ロ具有相同的阻抗，多個(gè)輸出端ロ的等效阻抗等于各個(gè)輸出端ロ的阻抗相并聯(lián)。具體實(shí)施時(shí)，人造微結(jié)構(gòu)2由至少ー根銅絲或者銀絲等金屬絲構(gòu)成，具有特定圖形。金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或粒子刻等多種方法附著在基板I上?；錓由陶瓷材料、環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟こ烯制得。圖2 圖5為本發(fā)明的功率分配器所采用的非均勻超材料10 —實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖、主視圖、側(cè)視圖以及A-A剖視圖。本實(shí)施例中的非均勻超材料10的每個(gè)超材料片層3均包括基板I和多個(gè)陣列在基板I上的“エ”字形的人造微結(jié)構(gòu)2，包括豎直的第一金屬絲和分別連接在第一金屬絲兩端且垂直于第一金屬絲的第二金屬。同一超材料片層3中附著的“エ”字形的人造微結(jié)構(gòu)2具有相同的幾何尺寸，不同超材料片層3所附著的“エ”字形的人造微結(jié)構(gòu)2具有不同的幾何尺寸且沿超材料片層3的堆疊方向人造微結(jié)構(gòu)2的幾何尺寸逐漸增大或減小。圖6所示本發(fā)明的功率分配器第二實(shí)施例中所采用的非均勻超材料10的剖視圖。圖6所示實(shí)施例中除了人造微結(jié)構(gòu)2的幾何形狀與圖2所示實(shí)施例不同之外，人造微結(jié)構(gòu)2的排布規(guī)律等均與之相同。本實(shí)施例中每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2的金屬絲包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第三金屬絲、分別連接在每個(gè)第三金屬絲兩端且垂直于第三金屬絲的第四金屬絲。同一超材料片層3中陣列設(shè)置有多個(gè)相同的人造微結(jié)構(gòu)2 ;不同超材料片層3所附著的人造微結(jié)構(gòu)2具有相同的幾何形狀且人造微結(jié)構(gòu)2的幾何尺寸沿超材料片層3的堆疊方向逐漸增大或減小。具體實(shí)施時(shí)可采用“王”字形、“H”形等軸對(duì)稱的人造微結(jié)構(gòu)2，也可采用不等邊三角形、平行四邊形或不規(guī)則閉合曲線等其他非軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的人造微結(jié)構(gòu)2，只要滿足構(gòu)成非均勻超材料10的各個(gè)超材料層3形成ー個(gè)阻抗?jié)u變層，即可實(shí)現(xiàn)輸入端口和輸出端ロ間的阻抗匹配，進(jìn)而減小電磁波反射。根據(jù)人造微結(jié)構(gòu)2的圖案所具有的拓?fù)涮卣骱推鋷缀纬叽缬绊懗牧系碾姶艆?shù)的原理，就可通過(guò)設(shè)計(jì)人造微結(jié)構(gòu)2的圖案和幾何尺寸對(duì)超材料中每一點(diǎn)的電磁參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而對(duì)超材料中每一點(diǎn)阻抗進(jìn)行設(shè)置，使用超材料形成一個(gè)阻抗?jié)u變層。假設(shè)功率分配器的輸入端口和各個(gè)輸出端ロ的阻抗值均為Z1，則設(shè)置于輸入端ロー側(cè)的超材料片層
3的阻抗為Z1，設(shè)置于輸出端ロー側(cè)的超材料片層3的阻抗為Zl/n，其中η為輸出端ロ的數(shù)量，中間各片層的阻抗值在[Zl Zl/n]間連續(xù)變化，即可實(shí)現(xiàn)輸入端口和輸出端ロ間的阻抗匹配。以上所述是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種功率分配器，包括一個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，其特征在于，所述功率分配器還包括設(shè)置于輸入端口與輸出端口之間的超材料，所述超材料由多個(gè)相互平行且阻抗分布均勻的超材料片層構(gòu)成，每個(gè)片層包括片狀的基板和附著在所述基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)片層沿垂直于所述片層表面方向堆疊形成，且所述各片層的阻抗沿片層的堆疊方向連續(xù)變化，首位片層和末尾片層的阻抗分別與輸入端口和多個(gè)輸出端口的等效阻抗相同。
2.如權(quán)利要求I所述的功率分配器，其特征在于，所述超材料所有片層的人造微結(jié)構(gòu)具有相同的圖案，各片層的人造微結(jié)構(gòu)的尺寸沿片層的堆疊方向連續(xù)變化。
3.如權(quán)利要求I所述的功率分配器，其特征在于，所述功率分配器的輸入端口和輸出端口具有相同的阻抗，多個(gè)輸出端口的等效阻抗等于各個(gè)輸出端口的阻抗相并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求I或2所述的功率分配器，其特征在于，每個(gè)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)。
5.如權(quán)利要求4所述的功率分配器，其特征在于，所述金屬絲為銅絲或銀絲。
6.如權(quán)利要求I或2所述的功率分配器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)呈“工”形，包括第一金屬絲和分別連接在第一金屬絲兩端且垂直于所述第一金屬絲的第二金屬絲。
7.如權(quán)利要求I或2所述的功率分配器，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬絲、分別連接在每個(gè)第一金屬絲兩端且垂直于第一金屬絲的第二金屬絲。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率分配器，包括輸入端口、多個(gè)輸出端口以及置于輸入端口與輸出端口之間的超材料。超材料由多個(gè)均勻的超材料片層構(gòu)成，每個(gè)片層包括片狀的基板和附著在基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，多個(gè)片層沿垂直于片層表面方向堆疊形成且各片層的阻抗沿片層的堆疊方向連續(xù)變化，首位片層和末尾片層的阻抗分別與輸入端口和多個(gè)輸出端口的等效阻抗相同。通過(guò)在功率分配器的輸入端口和輸出端口之間設(shè)置具有上述特征的超材料可實(shí)現(xiàn)輸入端口和輸出端口間的阻抗匹配。本發(fā)明的功率分配器通過(guò)采用超材料形成一阻抗?jié)u變層實(shí)現(xiàn)阻抗匹配與現(xiàn)有的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)相比不僅可以節(jié)省有限的布線空間，還可以避免阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致的電磁干擾問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01P5/12GK102683786SQ201110066508
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 張洋洋, 徐冠雄, 陳智超 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院