專利名稱：一種通信的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體地涉及一種通信的方法和裝置。
背景技術(shù)：
電磁波極化狀態(tài)在衛(wèi)星通信中有著廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的接收電磁波加以極化轉(zhuǎn)換是通過(guò)極化轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的，即天線饋源輸出端通常要與帶有矩形接口的室外接收單元聯(lián)接，所以，反射面天線的饋源通常需要一段極化轉(zhuǎn)換器和矩圓過(guò)渡波導(dǎo)，例如對(duì)于接收采用圓極化波的衛(wèi)星廣播信號(hào)，裝在接收天線饋源后的極化器先將圓極化波轉(zhuǎn)換為線極化波，再通過(guò)矩圓過(guò)渡波導(dǎo)將圓波導(dǎo)中的波型變換為矩形波導(dǎo)中的波型，以便與其后的衛(wèi)星接收高頻頭(LNB)接口配接。傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信在實(shí)施過(guò)程中，不僅需要經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的器件，還要考慮各器件在不同的頻段的匹配問(wèn)題，例如在國(guó)內(nèi)很難找得到專用的圓極化饋源和高頻頭，一般是用線極化饋源高頻頭來(lái)接收?qǐng)A極化波，但直接用線極化饋源收視圓極化波信號(hào)要損失3dB。且，傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信方式中，極化轉(zhuǎn)換器件通常限制一種極化波透射，將不需要的極化波反射；或者將波分為兩束具有不同極化狀態(tài)的波束，因此一種極化波只能攜帶不到一半的能量，并且工藝要求和成本高。此外，利用截面漸變的波導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)圓極化波與線極化波之間的轉(zhuǎn)換。前者具有較大的能量損耗，后者能量損耗小但所要得到極化隔離度好的出射波對(duì)加工精度要求相當(dāng)高，實(shí)現(xiàn)難度較大。在各種天線及微波與光學(xué)的儀器設(shè)備中，經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)不同極化狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，以獲得某種單極化波或雙極化波。極化轉(zhuǎn)換主要關(guān)注以下幾個(gè)方面的指標(biāo)I)高性能。轉(zhuǎn)換后的極化波應(yīng)具有較高的極化隔離度，接近所需要的極化狀態(tài)。2)低損耗。具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。3)尺寸小。不占用過(guò)多空間。此外，極化轉(zhuǎn)換方法應(yīng)易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)不應(yīng)太復(fù)雜，器件成本不應(yīng)過(guò)高。超材料由介質(zhì)基材和設(shè)置上基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)組成，可以提供各種普通材料具有和不具有的材料特性。單個(gè)人造微結(jié)構(gòu)大小一般小于1/10個(gè)波長(zhǎng)，其對(duì)外加電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)具有電響應(yīng)和/或磁響應(yīng)，從而具有表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和/或等效磁導(dǎo)率，或者等效折射率和波阻抗。人造微結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率(或等效折射率和波阻抗)由單元幾何尺寸參數(shù)決定，可人為設(shè)計(jì)和控制。并且，人造微結(jié)構(gòu)可以具有人為設(shè)計(jì)的各向異性的電磁參數(shù)，從而產(chǎn)生許多新奇的現(xiàn)象，為實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換提供了可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種低成本、高效率、功能多樣、便于控制和設(shè)計(jì)的基于超材料的通信的方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的第一個(gè)技術(shù)方案是一種通信的方法，SI.接收電磁波；
S2.利用超材料將電磁波極化轉(zhuǎn)換，其中，所述超材料使得所述平面電磁波離開超材料時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)不等于2K (K為整數(shù))的相位差△ □，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換；S3.接收所述的極化轉(zhuǎn)換后的電磁波并加以發(fā)送。在本發(fā)明所述的通信方法中，所述基材由多個(gè)片狀基板堆疊形成，每個(gè)片狀基板上均附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所有的人造微結(jié)構(gòu)在空間中形成周期陣列。在本發(fā)明所述的通信方法中，所述所有的人造微結(jié)構(gòu)在空間中呈均勻性的周期陣列。在本發(fā)明所述的通信方法中，在基材選定的情況下，通過(guò)改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或人造微結(jié)構(gòu)在空間中的排布獲得想要的相位差△ 口。 在本發(fā)明所述的通信方法中，若要實(shí)現(xiàn)水平極化與垂直極化的相互轉(zhuǎn)換，需A □=(2K+1) ，其中K為整數(shù)。在本發(fā)明所述的通信方法中，若要實(shí)現(xiàn)線極化與圓極化的相互轉(zhuǎn)換，需AD =(2K+1) (/2)，且所述平面電磁波離開超材料極化轉(zhuǎn)換器時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量幅度相等，其中K為整數(shù)。在本發(fā)明所述的通信方法中，若要實(shí)現(xiàn)線極化與橢圓極化的相互轉(zhuǎn)換，需A □不等于(2K+1) U/2)且A □不等于(2K+1) 且A □不等于2K ，或者所述平面電磁波離開超材料極化轉(zhuǎn)換器時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量幅度不相等，其中K為整數(shù)。在本發(fā)明所述的通信方法中，所述的每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線，所述金屬線的圖案為一非旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱圖形。在本發(fā)明所述的通信方法中，所述金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或粒子刻的方法附著在片狀基板上。在本發(fā)明所述的通信方法中，所述金屬線呈二維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線及第二主線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第一支線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第二支線。在本發(fā)明所述的通信方法中，所述第一主線及第二主線相互平分，所述兩個(gè)第一支線的中心連接在第一主線上，所述兩個(gè)第二支線的中心連接在第二主線上。在本發(fā)明所述的通信方法中，所述片狀基板由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯制得。在本發(fā)明所述的通信方法中，所述金屬線為銅線或銀線。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的第二個(gè)技術(shù)方案是一種通信的裝置，包括接收電磁波單元，用于接收電磁波；超材料，與所述的接收電磁波單元相對(duì)設(shè)置，用于將接收的電磁波進(jìn)行極化轉(zhuǎn)換；其中，所述的轉(zhuǎn)換電磁波單元為超材料，所述超材料使得所述平面電磁波離開超材料時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)等于2K (K為整數(shù))的相位差A(yù) □，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換；接收極化轉(zhuǎn)換后的電磁波的單元，與所述超材料相對(duì)設(shè)置，用于接收極化轉(zhuǎn)換后的電磁波并加以發(fā)送。在本發(fā)明所述的通信裝置中，所述接收電磁波的單元為天線饋源。
在本發(fā)明所述的通信裝置中，所述接收極化轉(zhuǎn)換后的電磁波的單元為矩形波導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明的通信的方法和裝置，通過(guò)所述人造微結(jié)構(gòu)影響在其中傳播的平面電磁波的電場(chǎng)矢量，使得平面電磁波離開超材料時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)不等于2KJI (K為整數(shù))的相位差A(yù) □，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換。上述的通信的方法和裝置，制造成本低、轉(zhuǎn)換效率高、并且功能多樣、便于控制和設(shè)計(jì)。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明通信的方法流程圖；圖3為本發(fā)明通信裝置結(jié)構(gòu)方框圖；
圖4是本發(fā)明通信的方法實(shí)施例中超材料結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明通信的方法一個(gè)實(shí)施例中人造微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6圖5所示圖案衍生得到的一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的圖案；圖7圖5所示圖案變形得到的一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的圖案；圖8圖5所示圖案變形得到的另一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的圖案。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖1，現(xiàn)有技術(shù)極化電磁波的裝置，由饋源10、極化轉(zhuǎn)換器20、圓矩過(guò)渡段30以及矩形波導(dǎo)段40順序相連，由于饋源10輸出端通常要與帶有矩形接口的室外接收單元聯(lián)接，所以，反射面天線的饋源通常需要一段極化轉(zhuǎn)換器20和矩圓過(guò)渡波導(dǎo)30，舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于接收采用圓極化波的衛(wèi)星廣播信號(hào)，極化轉(zhuǎn)換器20接收饋源10中的電磁波，再通過(guò)矩圓過(guò)渡波導(dǎo)30將圓極化波型變換為矩形波導(dǎo)中40的波型，以便與其后的衛(wèi)星接收高頻頭(LNB)接口配接。由于圓極化波可以看成是由2個(gè)正交、等幅、相位差90°的線極化波分量合成的，所以，極化轉(zhuǎn)換器20的工作原理就是用一個(gè)分量移相器使其中一個(gè)線極化波改變相位，經(jīng)一段傳輸路程后，二個(gè)分量的相位變成相同，其合成場(chǎng)變成了線極化波，反之，若將線極化波轉(zhuǎn)化為圓極化波相反變換即可。請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例一，一種通信的方法，包括SI.接收電磁波，如可用天線作為饋源接收電磁波。S2.利用超材料將電磁波極化轉(zhuǎn)換，其中，所述超材料使得所述平面電磁波離開超材料時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)不等于2K (K為整數(shù))的相位差△ □，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換；S3.接收所述的極化轉(zhuǎn)換后的電磁波并加以發(fā)送。請(qǐng)參閱圖3，一種通信裝置，包括接收電磁波單元10，用于接收電磁波；優(yōu)選地，該接收電磁波單元10為天線饋源。超材料50，與接收電磁波單元10相對(duì)設(shè)置，用于將接收的電磁波進(jìn)行極化轉(zhuǎn)換；所述超材料使得所述平面電磁波離開超材料時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)不等于2KJI (K為整數(shù))的相位差A(yù) □，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換；接收極化轉(zhuǎn)換后的電磁波的單元40，與超材料50相對(duì)設(shè)置，用于接收極化轉(zhuǎn)換后的電磁波并加以發(fā)送，優(yōu)選地，接收極化轉(zhuǎn)換后的電磁波的單元40為矩形波導(dǎo)?！俺牧?是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過(guò)在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。“超材料"重要的三個(gè)重要特征(I) “超材料"通常是具有新奇人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；(2) “超材料"具有超常的物理性質(zhì)(往往是自然界的材料中所不具備的)；(3) “超材料"性質(zhì)往往不主要決定與構(gòu)成材料的本征性質(zhì)，而決定于其中的人工 結(jié)構(gòu)。我們知道平面電磁波具有極化特性，它的極化方式是指線極化、圓極化及橢圓極化，其中線極化包括水平極化和垂直極化，極化方式的相互轉(zhuǎn)換包括線極化與圓極化之間的相互轉(zhuǎn)換，線極化與橢圓極化之間的相互轉(zhuǎn)換，以及水平極化與垂直極化之間的相互轉(zhuǎn)換。由天線輻射原理可知，自由空間電磁波通常以電場(chǎng)云的取向作為電波極化方向。云是隨時(shí)間而變化的，如果豆的矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡是一直線，則稱此電磁波為線極化波。若互的大小不變而方向隨時(shí)間而變，在觀察點(diǎn)處與傳播方向垂直的平面內(nèi)，矢量端點(diǎn)的變化軌跡是一個(gè)圓，稱為圓極化波?；サ拇笮『头较蚨茧S時(shí)間變化，矢量端點(diǎn)的軌跡為橢圓的波則叫橢圓極化波。請(qǐng)參閱圖4，一種超材料，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述超材料由多個(gè)片狀基板11堆疊形成，圖4基材I上均附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2，所有的人造微結(jié)構(gòu)2在空間中形成周期陣列。優(yōu)選地，所述所有的人造微結(jié)構(gòu)2在空間中呈均勻性的周期陣列。優(yōu)選地，人造微結(jié)構(gòu)為金屬人造微結(jié)構(gòu)，以便更高效率地對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行響應(yīng)。我們可以將整個(gè)超材料分為多個(gè)單元，每個(gè)單元都具有一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，整個(gè)超材料就是由這多個(gè)單元組成，每一個(gè)單元都會(huì)對(duì)通過(guò)其的電磁波產(chǎn)生響應(yīng)，從而影響在其中傳播的平面電磁波的電場(chǎng)矢量，而經(jīng)過(guò)一特定時(shí)間t后，平面電磁波的電場(chǎng)矢量受到累加效應(yīng)，從而使得所述平面電磁波經(jīng)過(guò)t時(shí)間后離開超材料時(shí)，所述平面電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)不等于2K (K為整數(shù))的相位差A(yù) □，將兩個(gè)已經(jīng)產(chǎn)生了相位差△ □的正交分量合成后，即可得到平面電磁波離開超材料后的電場(chǎng)矢量，實(shí)現(xiàn)了穿過(guò)所述超材料后的平面電磁波極化方式的改變。在基材選定的情況下，通過(guò)改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或人造微結(jié)構(gòu)在空間中的排布獲得想要的相位差△ □，這是因?yàn)椋ㄟ^(guò)改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或人造微結(jié)構(gòu)在空間中的排布，即可改變超材料空間中每一單元的電磁參數(shù)e和U，從而改變相應(yīng)單元的折射率n，超材料可以看成是由多個(gè)這樣的單元組成的，因此通過(guò)合理計(jì)算可以得到想要的A □，從而實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換。至于怎么得到人造微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或人造微結(jié)構(gòu)在空間中的排布，這個(gè)方法是多種的，舉個(gè)例子，可以通過(guò)逆向的計(jì)算機(jī)仿真模擬得到，先確定△ □的數(shù)值(即需要什么樣的極化轉(zhuǎn)換方式)，根據(jù)此數(shù)值去設(shè)計(jì)超材料整體的電磁參數(shù)分布，再?gòu)恼w出發(fā)計(jì)算出空間中每一單元的電磁參數(shù)分布，根據(jù)這每一單元的電磁參數(shù)來(lái)選擇相應(yīng)的人造微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或人造微結(jié)構(gòu)在空間中的排布(計(jì)算機(jī)中事先存放有多種人造微結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù))。做為公知常識(shí)，我們可知在三維空間，沿Z軸方向傳播的電磁波，其瞬時(shí)電場(chǎng)可寫為豆=4+馬，若
=ExmCOS(wt+0x)，鳥=EymCOS (wt+0y) ，S^弓白勺才目^()
則合成矢量的模為I登H； EzJjlJwCOSwt，這是一個(gè)隨時(shí)間變化而變化的量，合成矢量的相位Q為= tg_1 (Ey/Ex) = tg< (ym/Exm),合成矢量的相位為常數(shù)。可見合成矢量的端點(diǎn)的軌跡為一條直線。E與傳播方向構(gòu)成的平面稱為極化面，當(dāng)極化面與地面平行時(shí)，為水平極化；當(dāng)極化面與地面垂直時(shí)，為垂直極化。
若 Ek與 Ey的幅度相等，相位差為(2n+l) /2時(shí)，
|5丨=<馬2+5)>2)13=<￡3113+1>!-11!+; 12是常數(shù)，而相位隨時(shí)間 t 而變化0 = tg—1 (Ey/Ex) = wt,故合成矢量端點(diǎn)的軌跡為一個(gè)圓，稱為圓極化。根據(jù)電場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向不同，圓極化可分為右旋和左旋兩種。觀察者沿波的傳播方向看去，電場(chǎng)矢量在截面內(nèi)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)(滿足右手定測(cè))稱右旋極化，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)
(滿足左手定測(cè))稱左旋極化。因此,若Jf超前4^2，則為右旋極化波，若I，落后iPld2,
則為左旋極化波。若民與^的幅度和相位差均不滿足上述條件時(shí)，即合成矢量@的大小和方向都隨時(shí)間變化(都不是常數(shù))，則合成矢量端點(diǎn)的軌跡為一個(gè)橢圓，稱為橢圓極化。根據(jù)電場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向不同，橢圓極化和圓極化可分為右旋和左旋兩種。觀察者沿波的傳播方向看去，電場(chǎng)矢量在截面內(nèi)順時(shí)針方向旋稱右旋極化，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)稱左旋極化。若要實(shí)現(xiàn)水平極化與垂直極化的相互轉(zhuǎn)換，需A □= (2K+1) ，其中K為整數(shù)。若要實(shí)現(xiàn)線極化與圓極化的相互轉(zhuǎn)換，需A □= (2K+1) U/2)，且所述平面電磁波離開超材料極化轉(zhuǎn)換器時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量幅度相等，其中K為整數(shù)。若要實(shí)現(xiàn)線極化與橢圓極化的相互轉(zhuǎn)換，需A □不等于(2K+1) *(^1/2)且A □不等于(2K+1) 且A □不等于2K ，且所述平面電磁波離開超材料極化轉(zhuǎn)換器時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量幅度不相等，其中K為整數(shù)。作為一個(gè)實(shí)施例，所述的每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板11上的金屬線。所述金屬線的圖案為一非旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱圖形，非旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱圖形是旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱的相對(duì)概念，所謂旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱是指,一圖形沿其對(duì)稱中心向任意方向旋轉(zhuǎn)90度后都與原圖形重合。具有非旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱圖形的人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的空間單元結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出各向異性(即空間單元結(jié)構(gòu)每點(diǎn)的電磁參數(shù)不同)。反之，具有旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱的圖形的人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的空間單元結(jié)構(gòu)則表現(xiàn)為各向同性(即空間單元結(jié)構(gòu)每點(diǎn)的電磁參數(shù)相同)。人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的空間單元結(jié)構(gòu)若表現(xiàn)為各向異性，則會(huì)影響通過(guò)其中的電磁波的電場(chǎng)矢量，從而使得所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)不等于2K (K為整數(shù))的相位差A(yù) □，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換。作為一個(gè)實(shí)施例，所述金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或粒子刻的方法附著在片狀基板11上。如圖6所示，作為一個(gè)具體的實(shí)施例，所述金屬線呈二維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線21及第二主線22，所述第一主線21的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第一支線23，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第二支線24。所述第一主線21及第二主線22相互平分，所述兩個(gè)第一支線23的中心連接在第一主線21上，所述兩個(gè)第二支線24的中心連接在第二主線22上。在這個(gè)實(shí)施例中，各向同性的情況為第一主線與第二主線長(zhǎng)度相同；
第一分支與第二分支長(zhǎng)度也相同；因此，只要不同時(shí)滿足上面的條件，則上述圖案的人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的空間單元結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為各向異性。進(jìn)一步地，所述入射的平面電磁波的電場(chǎng)矢量沿第一主線21所在的直線有分量。這樣一來(lái)，平面電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量一個(gè)是在第一主線21的直線方向，另外一個(gè)則在第二主線22的直線方向，使得人造微結(jié)構(gòu)2對(duì)電磁波的兩個(gè)正交分量都有影響(電場(chǎng)響應(yīng))，這種影響經(jīng)過(guò)一定時(shí)間疊加后，則會(huì)使平面電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)相位差(平面電磁波未進(jìn)入通信的方法之前的兩個(gè)正交分量沒有相位差)，從而改變出射平面電磁波的極性，實(shí)現(xiàn)了極化方式的轉(zhuǎn)換。在由水平極化轉(zhuǎn)換成垂直極化時(shí)，出射的平面電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)分量的幅度可以相等也可以不等。但是在由線極化轉(zhuǎn)換為圓極化時(shí)，則需要出射的平面電磁波的電場(chǎng)矢量的兩個(gè)分量的幅度相同，因此在設(shè)計(jì)由線極化轉(zhuǎn)換為圓極化的超材料時(shí)，第一主線21與入射的電磁波的電場(chǎng)矢量呈45度夾角，這樣電場(chǎng)矢量沿第一主線21及第二主線22的兩個(gè)分量幅度相等。當(dāng)然，這里只是舉了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，金屬線的圖案還可以為其它的，如圖6-圖8所示。其中圖6為上述圖案的衍生，即在兩個(gè)第一支線和兩個(gè)第二支線的兩端均再加兩個(gè)支線，依此類推，還可以有很多其它的衍生圖案；其中圖6至圖8為上述圖案的變形；另外還有很多變形圖案，本發(fā)明并不能對(duì)此一一列舉。本發(fā)明的所述片狀基板11可以由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯制得。作為一個(gè)實(shí)施例，選用聚四氟乙烯來(lái)制成片狀基板。聚四氟乙烯的電絕緣性非常好，因此不會(huì)對(duì)電磁波的電場(chǎng)產(chǎn)生干擾，并且具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、使用壽命長(zhǎng)，作為人造微結(jié)構(gòu)附著的基材是很好的選擇。作為一個(gè)實(shí)施例，所述金屬線為銅線或銀線，銅與銀的導(dǎo)電性能好，對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)更加靈敏。根據(jù)本發(fā)明的通信的方法，通過(guò)所述人造微結(jié)構(gòu)影響在其中傳播的平面電磁波的電場(chǎng)矢量，使得平面電磁波離開超材料時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生相位差A(yù) □，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換。上述的通信的方法，制造成本低、轉(zhuǎn)換效率高、并且功能多樣、便于控制和設(shè)計(jì)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)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(hù)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(hù)之內(nèi)?！?br> 權(quán)利要求
1.一種通信的方法，其特征在于，包括 51.接收電磁波； 52.利用超材料將電磁波極化轉(zhuǎn)換，其中，所述超材料使得所述平面電磁波離開超材料時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)不等于2Κπ (K為整數(shù))的相位差Λ □，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換； 53.接收所述的極化轉(zhuǎn)換后的電磁波并加以發(fā)送。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通信的方法，其特征在于，所述超材料由多個(gè)片狀基板堆疊形成，每個(gè)片狀基板上均附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所有的人造微結(jié)構(gòu)在空間中形成周期陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信的方法，其特征在于，所述所有的人造微結(jié)構(gòu)在空間中呈均勻性的周期陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信的方法，其特征在于，在基材選定的情況下，通過(guò)改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或人造微結(jié)構(gòu)在空間中的排布獲得想要的相位差△ 口。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通信的方法，其特征在于，若要實(shí)現(xiàn)水平極化與垂直極化的相互轉(zhuǎn)換，需Λ □= (2Κ+1) · π，其中K為整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通信的方法，其特征在于，若要實(shí)現(xiàn)線極化與圓極化的相互轉(zhuǎn)換，需Λ □= (2Κ+1) · U/2)，且所述平面電磁波離開超材料極化轉(zhuǎn)換器時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量幅度相等，其中K為整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通信的方法，其特征在于，若要實(shí)現(xiàn)線極化與橢圓極化的相互轉(zhuǎn)換，需Δ □不等于(2Κ+1) · O/2)且Δ ω不等于(2Κ+1) · Ji且Δ □不等于2Κπ，且所述平面電磁波離開超材料極化轉(zhuǎn)換器時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量幅度不相等，其中K為整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信的方法，其特征在于，所述的每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線，所述金屬線的圖案為一非旋轉(zhuǎn)90度對(duì)稱圖形。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信的方法，其特征在于，所述金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通信的方法，其特征在于，所述金屬線呈二維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線及第二主線，所述第一主線的兩端各垂直設(shè)置一個(gè)第一支線，所述第二主線的兩端各垂直設(shè)置一個(gè)第二支線。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通信的方法，其特征在于，所述第一主線及第二主線相互平分，所述第一支線的中心連接在第一主線上，所述第二支線的中心連接在第二主線上。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信的方法，其特征在于，所述片狀基板由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯制得。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通信的方法，其特征在于，所述金屬線為銅線或銀線。
14.一種通信的裝置，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述通信的裝置包括 接收電磁波單元，用于接收電磁波； 超材料，與所述的接收電磁波單元相對(duì)設(shè)置，用于將接收的電磁波進(jìn)行極化轉(zhuǎn)換；所述超材料使得所述平面電磁波離開超材料時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)不等于.2Κπ (K為整數(shù))的相位差Λ □，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換； 接收極化轉(zhuǎn)換后的電磁波的單元，與所述超材料相對(duì)設(shè)置，用于接收極化轉(zhuǎn)換后的電磁波并加以發(fā)送。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的通信的裝置，其特征在于，所述接收電磁波的單元為天線饋源。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的通信的裝置，其特征在于，所述接收極化轉(zhuǎn)換后的電磁波的單元為矩形波導(dǎo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通信的方法，包括S1.接收電磁波；S2.利用超材料將電磁波極化轉(zhuǎn)換，其中，所述超材料使得所述平面電磁波離開超材料時(shí)，所述電場(chǎng)矢量的兩個(gè)正交分量產(chǎn)生一個(gè)不等于2Kπ(K為整數(shù))相位差Δφ，從而實(shí)現(xiàn)上述平面電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換；S3.接收所述的極化轉(zhuǎn)換后的電磁波并加以發(fā)送。本發(fā)明還公開了一種通信的裝置。根據(jù)本發(fā)明的通信的方法和裝置，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中電磁波極化方式的相互轉(zhuǎn)換較為容易、效率高、成本低。
文檔編號(hào)H01Q15/24GK102694274SQ201110074069
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者劉若鵬, 張洋洋, 石小紅 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