專利名稱：基于超材料的反射器的制作方法
技術領域：
本發明涉及超材料領域，尤其涉及一種基于超材料的反射器。
背景技術：
目前使用的反射器是拋物面形狀，為了制造拋物反射面通常利用模具鑄造成型或者采用數控機床進行加工的方法。第一種方法的加工工藝比較復雜，成本高，而且拋物面的形狀要比較準確才能實現電磁波的定向傳播，所以對加工精度的要求也比較高。第二種方法采用大型數控機床進行拋物面的加工，這種方法加工比較精確，但是制造這種大型數控機床比較困難，而且成本比較高。
發明內容
本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種基于超材料的反射器，其制造工藝簡單、成本較低且具有較高的精確度。為解決上述技術問題，提供了一種基于超材料的反射器，包括具有發散電磁波功能的超材料和設置在所述超材料一側表面上的反射層。進一步地，所述超材料包括至少一個超材料片層，所述超材料片層包括基板和多個附著在所述基板上的人造微結構，所述超材料存在一區域，該區域內的超材料的介電常數e與磁導率y的乘積最小，所述區域外的超材料的介電常數e與磁導率U的乘積從兩側向該區域方向連續減小。進一步地，所述超材料由多個介電常數非均勻分布的超材料片層沿垂直于所述片層表面的方向堆疊形成。進一步地，每個所述人造微結構為由至少一根金屬絲組成的平面結構或立體結構。進一步地，所述金屬絲為銅絲或銀絲。進一步地，所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基板上。進一步地，所述基板由高分子聚合物、陶瓷材料、聚四氟乙烯、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。進一步地，所述人造微結構呈“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。進一步地，所述人造微結構包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個第一金屬絲、分別連接在每個第一金屬絲兩端且垂直于第一金屬絲的第二金屬絲。進一步地,所述反射層由金屬材料制成。上述技術方案至少具有如下有益效果本發明的基于超材料的反射器通過改變折射率在超材料中的分布，可達到改變電磁波的傳播路徑的目的，其制造工藝簡單、成本較低且具有較高的精確度。
圖I是超材料對電磁波發散特性的示意圖。圖2是本發明的基于超材料的反射器的原理示意圖。圖3是圖2所示的超材料的第一實施例的結構示意圖。圖4是圖3所示的超材料的主視圖。圖5是由圖4所示人造微結構衍生的第二實施例的示意圖。圖6是由圖5所示人造微結構衍生的第三實施例的示意圖。圖7是本發明所采用的超材料的第四實施例的主視圖。
具體實施例方式當一束電磁波由一種介質傳播到另外一種介質時，電磁波會發生折射，當物質內部的折射率分布非均勻時，電磁波就會向折射率比較大的位置偏折，電磁波的折射率與
成正比關系，因而通過改變介電常數e和/或磁導率y在材料中的分布，就可達到改變電磁波的傳播路徑的目的。超材料是一種以人造微結構2為基本單元并以特定方式進行空間排布、具有特殊電磁響應的新型材料，包括人造微結構2和供人造微結構附著的基板I。人造微結構2為由至少一根金屬絲組成的平面結構或立體結構，多個人造微結構2在基板I上陣列排布，每個人造微結構2以及其所附著的基板I所占部分即為一個單元格。基板I可為任何與人造微結構2不同的材料，這兩種材料的疊加使每個單元格產生一個等效介電常數與磁導率，這兩個物理參數分別對應了單元格的電場響應與磁場響應。超材料對電磁響應的特征是由人造微結構2的特征所決定，而人造微結構2的電磁響應很大程度上取決于其金屬絲的圖案所具有的拓撲特征和其幾何尺寸。根據上述原理設計超材料空間中排列的每個人造微結構2的圖案和幾何尺寸，就可對超材料中每一點的電磁參數進行設置。圖I所示為超材料對電磁波發散特性的示意圖，圖示中的具有發散功能的超材料10存在一個區域，該區域內的超材料10的介電常數e與磁導率U的乘積最小，該區域外的超材料10的介電常數e與磁導率U的乘積從兩側向該區域方向連續減小。當一束平行電磁波入射到具有上述電磁參數分布的超材料10時，電磁波通過超材料10折射后發散射出。如圖2所示本發明的基于超材料的反射器，包括圖I所示的具有發散電磁波功能的超材料10和設置在超材料10 —側表面上的反射層20。反射層20是具有良好反射特性的反射面，比如金屬反射面等。當一束電磁波入射到本發明的反射器上時，入射的電磁波經過具有發散電磁波特性的超材料10并向折射率大的地方偏折，再經過反射層20反射，最后又經過超材料10折射并進一步向折射率大的地方偏折，反射出的電磁波為圖2所示的發散出射的電磁波。本發明的反射器所采用的超材料10包括至少一個超材料片層3，超材料片層3包括基板I和多個附著在基板I上的人造微結構2。實驗證明，電磁波通過超材料10的偏折角與超材料10的厚度和折射率變化率有關，因此通過合理設計超材料10的每個超材料片層3的折射率分布以及超材料片層3的數量，就可以實現電磁波的各種出射效果，例如使射入的平行電磁波發散射出。進一步的，電磁波的折射率與成正比關系，所以只要改變介電常數與磁導率中的至少一個，就可以改變折射率。通常，通過改變介電常數來改變折射率，因為具有電場響應的人造微結構結構簡單，例如“工”字形、“H”形等。為了實現使電磁波發散的目的，本實施例中超材料10存在一區域4，該區域4內的超材料10的介電常數e與磁導率U的乘積最小，該區域4外的超材料10的介電常數e與磁導率U的乘積從兩側向該區域方向連續減小。即本發明所采用的超材料10的區域4內的折射率最小，該區域4外的超材料10的折射率從兩側向該區域4連續減小，當平行入射的電磁波經過該超材料10時，電磁波向折射率大的區域偏折，即電磁波向超材料10兩側偏折，再經過反射層20反射后，電磁波再次經過超材料10進一步向超材料10的兩側偏折，經過上述過程平行入射的電磁波發散射出。 圖3和圖4分別是本發明的基于超材料的反射器所采用的超材料10的第一實施例的結構示意圖和主視圖。在本實施例中超材料10由多個相同的介電常數非均勻分布的超材料片層3沿垂直于超材料片層3表面方向堆疊形成。每個超材料片層3包括片狀的基板I和附著在基板I上的多個人造微結構2。本實施例中的人造微結構2呈“工”字形，包括第一金屬絲201和分別連接在第一金屬絲201兩端且垂直于第一金屬絲201的第二金屬絲202。人造微結構2陣列分布在基板I上。實驗證明，相同圖案的人造微結構2，其幾何尺寸與介電常數成正比，因此在入射電磁波確定的情況下，通過合理設計人造微結構2的圖案和不同尺寸的人造微結構2在超材料片層上的排布，就可以制成具有上述折射率分布規律的超材料10。如圖4所示超材料10的區域4內“工”字形人造微結構2的尺寸最小，該區域4外“工”字形人造微結構2的尺寸從兩側向該區域方向連續減小。通過合理設計超材料10中的“工”字形人造微結構2的尺寸分布，即可實現平行電磁波的發散反射。圖5所示實施例是圖4所示實施例中的人造微結構2的衍生，其人造微結構2不僅包括構成“工”字形的第一金屬絲201和第二金屬絲202，還包括分別連接在第二金屬絲202兩端且垂直于第二金屬絲202的第三金屬絲203。圖6所示實施例則是圖5的人造微結構2的進一步衍生，其人造微結構2在圖5的基礎上還包括分別連接在第三金屬絲203兩端且垂直于第三金屬絲203的第四金屬絲204。依此類推，本發明的對電場響應的人造微結構2還有無窮多個。第二金屬絲202的長度小于第一金屬絲201，第三金屬絲203的長度小于第二金屬絲202，第四金屬絲204的長度小于第三金屬絲203，依此類推。圖7為本發明的所采用的超材料10的第四實施例的主視圖。在圖7所示實施例中除了人造微結構2的幾何形狀與圖4所示實施例不同之外，人造微結構2的排布規律等均與之相同。圖7所示實施例中人造微結構2為“雪花”形結構，包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個第一金屬絲201、分別連接在每個第一金屬絲201兩端且垂直于第一金屬絲201的第二金屬絲202。人造微結構2也可采用“王”字形，“H”形等其他軸對稱結構。應當理解，本發明實施例所采用的超材料10除了采用對稱結構的人造微結構2之夕卜，也可采用不等邊三角形、平行四邊形或不規則閉合曲線等其他非對稱結構的人造微結構2。只要超材料10存在一個區域4，該區域4內的超材料10的介電常數e與磁導率U的乘積最小，區域4外的超材料10的介電常數e與磁導率U的乘積從兩側向該區域4方向連續減小。通過合理設計超材料10上的人造微結構2的幾何尺寸分布就可實現電磁波的發散反射。具體實施時，人造微結構2由至少一根銅絲或者銀絲等金屬絲構成，具有特定圖形。金屬線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻等多種方法附著在基板I上。其中蝕刻是較優的制造工藝，其步驟是在設計好合適的人造微結構2的平面圖案后，先將一張金屬箔片整體地附著在基板I上，然后通過蝕刻設備，利用溶劑與金屬的化學反應去除掉人造微結構2預設圖案以外的箔片部分，余下的即可得到陣列排布的人造微結構2。基板I由由高分子聚合物、陶瓷材料、聚四氟乙烯、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。本發明的基于超材料的反射器采用具有發散功能的超材料代替具有發散功能的發射鏡，通過合理設計超材料上的人造微結構的圖案和不同幾何尺寸的人造微結構的分布規律，就可實現平行電磁波的發散反射。該反射器制造工藝簡單、成本較低且具有較高的精確度。
以上所述是本發明的具體實施方式
，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于超材料的反射器，其特征在于，包括具有發散電磁波功能的超材料和設置在所述超材料一側表面上的反射層。
2.如權利要求I所述的基于超材料的反射器，其特征在于，所述超材料包括至少一個超材料片層，所述超材料片層包括基板和多個附著在所述基板上的人造微結構，所述超材料存在一區域，該區域內的超材料的介電常數e與磁導率U的乘積最小，所述區域外的超材料的介電常數e與磁導率U的乘積從兩側向該區域方向連續減小。
3.如權利要求2所述的基于超材料的反射器，其特征在于，所述超材料由多個介電常數非均勻分布的超材料片層沿垂直于所述片層表面的方向堆疊形成。
4.如權利要求2或3所述的基于超材料的反射器，其特征在于，每個所述人造微結構為由至少一根金屬絲組成的平面結構或立體結構。
5.如權利要求4所述的基于超材料的反射器，其特征在于，所述金屬絲為銅絲或銀絲。
6.如權利要求4所述的基于超材料的反射器，其特征在于，所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基板上。
7.如權利要求2或3所述的基于超材料的反射器，其特征在于，所述基板由高分子聚合物、陶瓷材料、聚四氟乙烯、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。
8.如權利要求2或3所述的基于超材料的反射器，其特征在于，所述人造微結構呈“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。
9.如權利要求2或3所述的基于超材料的反射器，其特征在于，所述人造微結構包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個第一金屬絲、分別連接在每個第一金屬絲兩端且垂直于第一金屬絲的第二金屬絲。
10.如權利要求I所述的基于超材料的反射器，其特征在于，所述反射層由金屬材料制成。
全文摘要
本發明實施例涉及一種基于超材料的反射器，包括具有發散電磁波功能的超材料和設置在所述超材料一側表面上的反射層。該超材料存在一區域，該區域內的超材料的介電常數ε與磁導率μ的乘積最小，區域外的超材料的介電常數ε與磁導率μ的乘積從兩側向該區域方向連續減小。該反射器根據改變折射率在超材料中的分布，可達到改變電磁波的傳播路徑的目的，本發明的反射器制造工藝簡單、成本較低且具有較高的精確度。
文檔編號H01Q15/00GK102751577SQ20111009930
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月20日 優先權日2011年4月20日
發明者劉若鵬, 季春霖, 欒琳, 蔣楠楠 申請人:深圳光啟創新技術有限公司, 深圳光啟高等理工研究院