專利名稱：一種微波超分辨率聚焦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚焦裝置，尤其是涉及一種微波超分辨率聚焦裝置。
背景技術(shù)：
在微波應(yīng)用領(lǐng)域，聚焦后的微波波束可以實現(xiàn)對陶瓷、發(fā)光材料、金屬等的合成，同時還可以實現(xiàn)醫(yī)學(xué)治療、醫(yī)學(xué)診斷，催化等諸多應(yīng)用。利用微波與介質(zhì)作用時發(fā)生能量傳遞和不同物體與微波作用時表現(xiàn)出不同的介電屬性，微波聚焦技術(shù)在很多領(lǐng)域相比傳統(tǒng)方法更加具有發(fā)展前景。比如在醫(yī)療熱成像領(lǐng)域，微波聚焦成像相比傳統(tǒng)的方法如X_ray，CT等不僅沒有放射性損傷，而且成像深度更深，成像分辨率也更高(聶立銘，熱聲成像基礎(chǔ)研究及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，廣州，華南師范大學(xué)，2010)。而在有機(jī)物合成消解等領(lǐng)域，微波聚焦技術(shù)不僅可以完整的保留有機(jī)物結(jié)構(gòu)，還可以加快反應(yīng)速度減小溶劑使用量，大大提聞了反應(yīng)的效率。在醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用中，微波在組織皮層內(nèi)聚焦以達(dá)到任意探測深度和空間分辨率的能力是評價醫(yī)療系統(tǒng)的最重要的因素(M.1.Giamalakil.S.Karanasiou andN.K.Uzunoglu.,2009, Focused microwave radiometry from a possible functionalimaging perspective: theoretical optimization of the properties of a microwaveradiometry system, 4th international conference on image technologies inbiomedical science., 22-28September2007, Miloslsland, Greece.),目前使用的天線陣列產(chǎn)生聚焦微波的技術(shù)不僅設(shè)計復(fù)雜造價昂貴，而且始終受到衍射極限的限制；因而無法在不增加輻射功率的情況下提高成像分辨率和穿透深度，這也成為目前制約微波醫(yī)療技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。而在有機(jī)合成等其他領(lǐng)域，提高反應(yīng)效率等因素也對微波的聚焦分辨率和能量密度提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種可將角向波矢超過kQ的傳輸波傳遞到聚焦透鏡的焦面附近的一種微波超分辨率聚焦裝置。本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、可靠性高的一種微波超分辨率聚焦裝置。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:—種微波超分辨率聚焦裝置，其特征在于，包括:一微波準(zhǔn)直器:對入射微波的擴(kuò)束與準(zhǔn)直；一微波聚焦透鏡:接收經(jīng)過微波準(zhǔn)直器的入射微波并將微波平面波束轉(zhuǎn)變?yōu)闀鄄ㄊ?；以及一超分辨率匹配透鏡:對會聚波束實現(xiàn)超分辨率聚焦，形成亞波長量級的聚焦點。本發(fā)明的關(guān)鍵是微波聚焦匹配透鏡。該微波聚焦匹配透鏡是由人工結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成，其主要特點有兩個:1)它是由多層圓柱狀材料按照一定間隔堆積而成；2)每一層圓柱
面上面布置了特殊的金屬結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了周期排布，且各層介質(zhì)構(gòu)成同心圓環(huán)，球心位置和
匹配透鏡的聚焦點重合。這種金屬環(huán)狀結(jié)稱為開口環(huán)。研究表明，由周期開口環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)成
的材料，其等效的角向磁導(dǎo)率μ PO，等效的徑向磁導(dǎo)率μ/Ο，等效ζ向電導(dǎo)率εζ>0。依
據(jù)色散關(guān)系式:
權(quán)利要求
1.一種微波超分辨率聚焦裝置，其特征在于，包括: 一微波準(zhǔn)直器:對入射微波的擴(kuò)束與準(zhǔn)直； 一微波聚焦透鏡:接收經(jīng)過微波準(zhǔn)直器的入射微波并將微波平面波束轉(zhuǎn)變?yōu)闀鄄ㄊ? 以及一超分辨率匹配透鏡:對會聚波束實現(xiàn)超分辨率聚焦，形成亞波長量級的聚焦點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波超分辨率聚焦裝置，其特征在于，所述微波準(zhǔn)直器包括一塊微波準(zhǔn)直透鏡以及一個由兩個金屬板組合成的漏斗形聚光器，所述的漏斗形聚光器的入口端對應(yīng)微波發(fā)生器，出口端得到準(zhǔn)直擴(kuò)束后的平面波，所述的微波準(zhǔn)直透鏡采用一塊平凸透鏡，并設(shè)置在漏斗形聚光器的出口端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微波超分辨率聚焦裝置，其特征在于，所述的微波聚焦透鏡是一塊和微波準(zhǔn)直透鏡相同的平凸透鏡，其平面與微波準(zhǔn)直透鏡的平面緊貼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微波超分辨率聚焦裝置，其特征在于，所述超分辨率匹配透鏡是由多層具有周期排布的弧形環(huán)氧板構(gòu)成，所述弧形環(huán)氧板上均勻設(shè)有若干矩形金屬框，每個矩形金屬框一端開口，各層弧形環(huán)氧板構(gòu)成同心圓環(huán)，且圓心位置與微波聚焦透鏡的聚焦點重合；所述金屬材料為銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微波超分辨率聚焦裝置，其特征在于，所述微波聚焦透鏡的材料為鍺。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種微波超分辨率聚焦裝置，其特征在于，匹配透鏡的金屬層為金屬銅，且匹配透鏡在柱坐標(biāo)系下的電磁參數(shù)滿足:等效角向磁導(dǎo)率μ e>o，等效徑向磁導(dǎo)率μ “0，等效ζ向電導(dǎo)率ε ζ>0。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微波超分辨率聚焦裝置，其特征在于，所述的漏斗形聚光器的長度等于微波準(zhǔn)直透鏡的焦距。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微波超分辨率聚焦裝置，其特征在于，所述漏斗形聚光器的出口端的寬度與微波準(zhǔn)直透鏡的口徑相同，入口端寬度與微波發(fā)生器出射波導(dǎo)的寬度相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚焦裝置，尤其是涉及一種微波超分辨率聚焦裝置。裝置由三個部分組成，第一部分為微波準(zhǔn)直器，用于實現(xiàn)對入射微波的擴(kuò)束與準(zhǔn)直；第二部分為微波聚焦透鏡，用于將微波平面波束轉(zhuǎn)變?yōu)闀鄄ㄊ?；第三部分為超分辨率匹配透鏡，放置在微波聚焦透鏡的焦面，可對會聚波束實現(xiàn)超分辨率聚焦，形成亞波長量級的聚焦點。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、超分辨聚焦等優(yōu)點，有望在微波合成、微波成像、催化等領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。
文檔編號H01P3/20GK103078160SQ20131001441
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者鄭國興, 陳舒杭, 張逸倫, 崔鈞, 翁寅侃, 馬躍, 何平安, 楊晉陵, 高俊玲, 李松 申請人:武漢大學(xué)