本發(fā)明涉及一種波導負載，具體涉及一種基于電磁超材料的大功率波導負載。

背景技術：

波導負載是微波領域中經(jīng)常用到的微波元件，匹配負載是其中最常用的元件之一，它是一種幾乎能全部吸收輸入功率的單端口元件，一般是由一段波導和能夠吸收微波功率的材料組合而成，它在實現(xiàn)系統(tǒng)某一部分呈現(xiàn)行波狀態(tài)的同時，并可吸收無用的信號。在通信系統(tǒng)和微波測量系統(tǒng)中，經(jīng)常需要匹配負載建立系統(tǒng)的行波狀態(tài)。還有一種與匹配負載結構相似的失配負載，只是尺寸略微改變一下，其既能吸收一部分微波功率又能反射一部分微波功率，使之和原傳輸系統(tǒng)失配，該元件也主要用于微波測量。

這兩種波導負載一般采用鐵氧體、鈦酸鋇、碳化硅、石墨、導電纖維等作為吸波材料吸收微波能量。然而這些材料有密度高、吸收帶寬窄、吸收率低的缺點，影響了設備的性能。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于電磁超材料的大功率波導負載，該負載采用人造電磁超材料作為吸收材料，具有吸收強、頻帶寬、質(zhì)量輕、成本低且加工方便的優(yōu)點。

本發(fā)明采取如下技術方案：

一種基于電磁超材料的大功率波導負載，包括用于傳輸微波信號的波導和位于波導內(nèi)的吸收體，所述波導一端設有開口、一端封閉，設有開口的一端安裝有法蘭盤，所述波導內(nèi)具有v形腔，所述v形腔的兩側面分別從所述開口的兩對邊向波導另一端延伸并相交于波導另一端的端面上；所述吸收體位于v形腔的內(nèi)壁上。

進一步的，所述v形腔的夾角為θ，0°＜θ≤30°。

進一步的，所述吸收體是由介質(zhì)層和附著于所述介質(zhì)層上呈周期性排列的多個人工微結構組成的超材料片層。

進一步的，所述人工微結構是由金屬構成的具有一定拓撲形狀的平面或立體結構。

進一步的，所述人工微結構為圓形、矩形、正方形、六角形、十字形、s形、螺旋形等形狀。

進一步的，所述介質(zhì)層采用釬焊工藝附著于波導的v形腔內(nèi)壁上。

進一步的，所述人工微結構通過光刻法、化學蝕刻法或印刷工藝形成。

進一步的，所述波導由金屬材料制成。

進一步的，所述介質(zhì)層由fr4或陶瓷制成。

進一步的，所述波導外還設置有用于散熱的散熱層，所述散熱層為片狀結構或水冷散熱形式。

本發(fā)明通過在波導內(nèi)設置v形腔，并在v形腔內(nèi)壁釬焊超材料作為吸收材料，一方面減小了波導負載的體積，另一方面使波導中傳播的電磁能量與電磁超材料充分耦合、吸收，減小了能量反射。采用電磁超材料作為吸收材料，與傳統(tǒng)吸收材料相比，具有吸收強、頻帶寬、質(zhì)量輕、成本低且加工方便的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的基于電磁超材料的大功率波導負載的結構示意圖；

圖2為圖1所示的波導負載中波導的內(nèi)部結構圖；

圖3為本發(fā)明的波導負載在不同頻段時的反射系數(shù)圖；

圖4為本發(fā)明另一實施例的基于電磁超材料的大功率波導負載的外部散熱層的結構示意圖。

附圖標記說明：1—波導；11—上波導體；12—下波導體；2—法蘭盤；3—v形腔；4—介質(zhì)層；5—人工微結構；6—散熱層。

具體實施方式

以下將結合實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，所舉實施例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1和2所示，一種基于電磁超材料的大功率波導負載，包括用于傳輸微波信號的波導1和位于波導1內(nèi)的吸收體，所述波導1一端設有開口、一端封閉，所述開口為長方形開口，設有開口的一端安裝有法蘭盤2，法蘭盤2與波導1焊接在一起，所述波導1內(nèi)具有v形腔3，所述v形腔3的兩側面分別從所述開口的兩寬邊向波導1另一端延伸并相交于波導1另一端的端面上，設所述v形腔3的夾角為θ，0°＜θ≤30°；所述吸收體位于v形腔3的內(nèi)壁上。具體的，所述波導1由上波導體11和上波導體12組合而成，所述上波導體11的下表面具有一斜面，所述上波導體12的上表面具有一斜面，所述上波導體11和上波導體12扣合并通過位于邊緣的螺絲固定連接形成波導1，扣合后所述上波導體11的下表面和所述上波導體12的上表面形成波導1內(nèi)的v形腔3，兩個斜面構成v形腔3的兩側面，并使波導1的一端具有開口，另一端封閉。設兩斜面構成的v形腔3的夾角為θ，0°＜θ≤30°，θ的大小根據(jù)吸收負載的帶寬和性能要求決定，帶寬越寬、吸收能力越強，要求斜面的長度越長，θ越小。所述v形腔3位于波導1的正中，所述上波導體11和上波導體12為形狀對稱結構。所述波導1開口的一端設有法蘭盤2，方便與其他微波元件相對接。所述波導1由金屬構成，具體可以為銅、鋁、鋁鍍銀或銅鍍金，也可以為其他金屬。在本實施例中，波導1的制備材料選用銅。所述v形腔3的內(nèi)壁上，即上波導下表面的斜面上以及下波導上表面的斜面上釬焊有吸收體。

所述吸收體是由介質(zhì)層4和附著于所述介質(zhì)層4上呈周期性排列的多個人工微結構5組成的超材料片層。具體的，超材料是一種在介質(zhì)基板上周期性排列具有一定幾何形狀的人工微結構5如金屬微結構來形成的人工復合材料，我們可以利用人工微結構5的幾何形狀和尺寸以及排布方式來改變超材料空間各點的相對介電常數(shù)和/或相對磁導率，使其產(chǎn)生預期的電磁響應，以控制電磁波的傳播。所述介質(zhì)層4為fr4、陶瓷材料、或其他高分子聚合物材料制成，所述介質(zhì)層4采用釬焊工藝附著于波導1的v形腔3內(nèi)壁上。

所述人工微結構5是由金屬構成的具有一定拓撲形狀的平面或立體結構，并通過光刻、蝕刻或印刷工藝附著在介質(zhì)層4上，所述人工微結構5也采用金、銀、銅或其他金屬構成，在本實施例中，人工微結構5的材料選用銅。所述人工微結構5的形狀為圓形、矩形、正方形、六角形、十字形、s形、螺旋形等形狀，優(yōu)選圓形，因為圓形結構簡單、便于加工和仿真設計，而且圓形結構對稱，對電磁波的極化方向和入射角不敏感，換句話說，電磁波可以為任何極化方向，入射角比較寬。

所述人工微結構5的尺寸可決定吸收頻率，尺寸變小，頻率升高；頻率越低，介質(zhì)的厚度越大。

構成超材料的介質(zhì)層4和人工微結構5采用的材料不同，介電常數(shù)和損耗角正切值不同，吸收性能就不同，吸收負載的尺寸應該相應變化，比如介質(zhì)層4采用氧化鋁陶瓷，人工微結構5采用金，吸收帶寬窄，要求的圓盤個數(shù)多，波導1尺寸大。

本發(fā)明通過在波導1內(nèi)設置v形腔3，并在v形腔3內(nèi)壁釬焊超材料作為吸收材料，一方面減小了波導負載的體積，另一方面使波導1中傳播的電磁能量與電磁超材料充分耦合、吸收，減小了能量反射。采用電磁超材料作為吸收材料，與傳統(tǒng)吸收材料相比，具有吸收強、頻帶寬、質(zhì)量輕、成本低且加工方便的優(yōu)點。本發(fā)明的波導負載經(jīng)實際測試，如圖3所示，在ku波段16-18ghz范圍內(nèi)，反射系數(shù)s11值小于-20db，即輸入端駐波系數(shù)小于1.2。值得一提的是，由于人造電磁超材料具有可調(diào)控的電磁效應，因此該形式負載還可以滿足其他頻段的需求。

在另一實施例中，如圖4所示，所述波導1外還設置有用于散熱的散熱層6，所述散熱層6為片狀結構或水冷散熱形式。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。