三維放大透鏡的製作方法

2023-05-20 12:51:41

三維放大透鏡的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三維放大透鏡，為半球形結構，包括位於中心且介電常數恆定的半球形的放大部分和位於放大部分外部的匹配部分，可以在微波頻段實現放大成像的作用。無論是光波段還是微波頻段，由於凋落波的存在，都不可避免的存在衍射極限的問題，解析度極限值為1/2波長。本實用新型首次實現了微波頻段三維高解析度成像，打破了傳統的衍射極限。在本實用新型中，放大倍數是可以人為設定的。由於透鏡折射率的值變化範圍比較大，一種材料難以實現，故本實用新型中共採用了四種高頻板材，採用亞波長結構打孔的辦法，實現折射率的離散漸變。此外，本實用新型還具有穩定性高，損耗小，工作頻帶寬等優良性能。
【專利說明】三維放大透鏡

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於微波成像領域，涉及一種微波三維放大裝置。

【背景技術】
[0002] 隨著納米科學和生命科學的研究不斷深入，希望獲得更高的空間解析度的要求也 變得更為突出。由於凋落波迅速衰落，其所攜帶的高頻信息就無法在自由空間中進行傳輸， 所以傳統的顯微鏡的解析度都被限制在半個波長。如何克服衍射限制超越傳統的分辨極 限，是當前非常重要的一個熱點研究問題。
[0003] 為了打破這個瓶頸，一系列的基於超材料的超透鏡應運而生，但是這些超透鏡都 有個共同的缺點就是工作頻段比較窄，而且僅僅存在在實驗階段，很難推廣到具體應用。本 實用新型利用一個改善的內嵌式透鏡很好的解決了這些問題，性能穩定，工作頻帶較寬，這 些都更便於將其推廣到實際應用。 實用新型內容
[0004] 技術問題：本實用新型提供一種充分利用了新型人工電磁材料調控電磁波的特 性，可將解析度提升到原來的4倍，在整個X波段都起作用，整套裝置易於加工可批量生產， 還可推廣到米波毫米波太赫茲以及光波段的三維放大透鏡。
[0005] 技術方案：本實用新型的三維放大透鏡為半球形結構，包括位於中心且介電常數 恆定的半球形的放大部分和位於放大部分外部的匹配部分，匹配部分界面的介電常數與放 大部分的介電常數相同，外界面的介電常數與空氣的介電常數相同，匹配部分的介電常數 沿半球形的徑向，按如下函數關係遞減：
[0006] ^=(-)2.￡·〇 ⑴ r
[0007] 其中eb為匹配部分上距離球心為r 一點的介電常數，％為外部空氣的介電常數， r為匹配部分上一點距離球心的距離，b為球心到匹配部分外界面的距離。
[0008] 本實用新型中，放大部分的介電常數表達式為： /b、2
[0009] 弋=(_)々;〇 ⑵ a
[0010] 其中ε a為放大區域的介電常數，a為球心到放大部分和匹配部分分界面的距離。 [0011] 本實用新型的優選方案中，透鏡的半球形結構由平行於底面的圓盤狀切片疊加而 成，切片上位於匹配部分的區域加工有用以減小介電常數的通孔，通孔在切片上的設置和 分布方式滿足匹配部分的介電常數遞減關係。
[0012] 本實用新型的上述優選方案中，透鏡的半球形結構中，當一個切片採用單一介電 常數材質不能滿足匹配部分的介電常數遞減關係時，則該切片由介電常數從內向外依次減 小的多個環形片材拼接而成。
[0013] 本實用新型是根據光學變換的理論設計的，利用光學變換，我們把介電常數、磁導 率等張量和空間變換進行等效。整個變換實際上是人眼所看到的等效空間和實際客觀存在 的物理空間一種映射關係，在變換前後，空間沒有發生變化，只是材料的電磁參數發生了轉 化。換言之，空間的扭曲完全等效為材料電磁參數的變換。經過一系列的公式推導，最終得 到透鏡折射率分布的參數表達式為（推導過程在【具體實施方式】中詳細介紹）： ,、 \b / a r < a
[0014] n{r) = (3)
[b / r a < r < b
[0015] 本實用新型只是製作了一個半球型透鏡，根據上述的原理分析，這個三維放大裝 置是球對稱結構，所以半球型的透鏡並不會對其放大效果產生太大的影響。根據理論公式 所構建的理想模型的縱切面如圖3所示，區域I對應放大部分1，區域II對應的則是匹配 部分。按照理論設計，區域II應該對應為一個整體球殼，而且折射率由內向外線性變化，漸 變為1。現實中無法實現介電常數連續的變化，所以在本實用新型中，初步想法是把的區域 II離散成15層厚度均勻的同心球殼，用意是將折射率由理想線性變化變成離散線性變化， 實際生活中更易於實現，這15層球殼折射率由內向外線性遞減。
[0016] 區域II中15層球殼的介電常數跨度較大，需要用到很多種介電常數不同的材料， 現實生活中也很難找到介電常數值相吻合的材料。在本實用新型中，超材料的作用得到有 力的發揮，有一種超材料的實現方式為打孔的方式。即將原有的介質板進行打孔，根據孔徑 的大小，最後得到的材料的介電常數也會隨之變化。其變化關係大致遵循著，孔徑越大介電 常數越小的一個規律。
[0017] 球殼的加工難度比較大，加工精度也是難以保證，故在理想半球形透鏡的基礎上， 再次進行二次離散化。如圖4(a)所示，將半球離散化成了 22個圓片，在實用新型中22片 圓片用來模擬半球透鏡。每片圓片的厚度限制於超材料的等效媒質理論。簡單來說超材料 是有一個個細微的單元結構陣列組成，針對不同的工作頻段，對單元結構的尺寸要求也是 不同的。一般來講，組成超材料的每一個單元結構的尺寸大小是其工作波長的十分之一左 右。僅僅橫向的離散還不夠，還要進行縱向的離散化。再次離散後的縱向切面圖如圖4(b) 所示，橫向切面圖則如圖5?8所示。第二次離散相當於將每一個圓片分割成一個個同心 圓環，每個圓環的寬度同樣也限制於超材料的等效媒質理論。
[0018] 實際物理空間中的區域II的理想情況是由內向外，折射率線性遞減，如圖4(b)所 示，半球型的放大透鏡被離散化成為一個個小方塊，每個小方塊的折射率可以通過打孔的 孔徑大小不同來調節。計算出每個單元塊的中心點到球心的距離，然後根據折射率分布公 式推算出此單元塊的折射率的值，通過調節打孔的孔徑大小即可實現所需要的折射率。
[0019] 經過多方面的權衡，最終選取了四種材料來作為製作微波三維高解析度放大裝置 的基材。這四種材料分別為介電常數16的TP-2板材；介電常數6的TP-2板材；介電常數 為3的F4B型板材；介電常數為2. 2的F4B型板材，這四種板材的組合順序以及孔徑的大小 分布會在【具體實施方式】中明確給出。
[0020] 有益效果：本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：
[0021] 本實用新型提供的基於新型人工電磁材料的微波三維高解析度放大透鏡，是一種 高解析度放大裝置，可以成倍的提高解析度。現有很多放大透鏡，它們的解析度往往是限制 於其結構，也就是說其放大倍數並不能人為的進行設定。而我們的實用新型，其放大倍數是 由我們來設定，也就是說我們可以根據不同的需要來設計不同的放大透鏡。
[0022] 市面上現有的一些放大透鏡採用的是諧振結構，利用諧振來實現亞波長成像，而 本實用新型採用的是打孔的方式來實現的。打孔方式相比於其他的實現方案有幾個優點： 其一，電磁波從不同的方向入射時打孔結構的電磁特性變化不大，基本上可以等效成成是 各項同性材料；其二，打孔結構並不是通過諧振來實現特定的電磁特性，所以這種材料的損 耗非常小；其三，這種打孔超材料可以在很寬的頻段內保持相同的電磁特性，這就可以保證 它可以工作在一個很寬的工作頻帶。
[0023] 相比於其他放大透鏡繁瑣的加工工藝，以及其複雜的結構，本實用新型製作簡單、 工藝成熟、價格不高、便於推廣。
[0024] 大部分放大透鏡都是針對性設計，只能使用在固定的頻段，而本實用新型是原理 性實用新型，可通過結構參數的縮放，適用於微波、毫米波和太赫茲波等不同波段。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為本實用新型的結構示意圖
[0026] 圖2為本實用新型所用到的坐標變換示意圖：
[0027] 圖3為本實用新型的理想結構示意圖；
[0028] 圖4(a)以及圖4(b)為本實用新型離散化後的縱向切面圖；
[0029] 圖5為本實用新型第二層打孔圓片的橫切面示意圖；
[0030] 圖6為本實用新型第十二層打孔圓片的橫切面示意圖；
[0031] 圖7為本實用新型第十七層打孔圓片的橫切面示意圖；
[0032] 圖8為本實用新型第十九層打孔圓片的橫切面示意圖；
[0033] 圖9為實驗測試中無高解析度透鏡情況下，兩個饋源距離為7mm，8Ghz頻率下的近 場電場分布圖；
[0034] 圖10為實驗測試中無高解析度透鏡情況下，兩個饋源距離為7mm，lOGhz頻率下的 近場電場分布圖；
[0035] 圖11為實驗測試中無高解析度透鏡情況下，兩個饋源距離為7mm，12Ghz頻率下的 近場電場分布圖；
[0036] 圖12為實驗測試中無高解析度透鏡情況下，兩個饋源距離為28mm，8Ghz頻率下的 近場電場分布圖；
[0037] 圖13為實驗測試中無高解析度透鏡情況下，兩個饋源距離為28mm，lOGhz頻率下 的近場電場分布圖；
[0038] 圖14為實驗測試中無高解析度透鏡情況下，兩個饋源距離為28mm，12Ghz頻率下 的近場電場分布圖；
[0039] 圖15為實驗測試中有高解析度透鏡情況下，兩個饋源距離為7mm，8Ghz頻率下的 近場電場分布圖；
[0040] 圖16為實驗測試中有高解析度透鏡情況下，兩個饋源距離為7mm，lOGhz頻率下的 近場電場分布圖；
[0041] 圖17為實驗測試中有高解析度透鏡情況下，兩個饋源距離為7mm，12Ghz頻率下的 近場電場分布圖。
[0042] 圖中有：放大部分1、匹配部分2。

【具體實施方式】
[0043] 下面結合實施例和說明書附圖，進一步闡述說明本實用新型。
[0044] 如圖2中圖（a)和圖（b)所示，為了設計這個超透鏡需要進行雙重變換。實際的 物理空間和虛擬空間分別建立在（x，y，z)和（X'，y'，z')坐標系之下。先是虛擬空間 的一個球形區域（r'彡b-δ)被壓縮到實際物理空間的區域A(r彡a)中。第二步將虛擬 空間中的環形區域（b-δ <r'彡b)拉伸到實際空間物理中的區域B(a<r<b)。進行 了如上變換之後，實際物理空間中兩個靠的很近的源S1和S2的遠場方向圖可以等效成為 虛擬空間中兩個距離較遠的源sr和s2'的遠場方向圖，這樣就相當於實現了放大透鏡 的功能。
[0045] 為了將虛擬空間中的球形區域（r'彡b-δ)壓縮到實際空間中的區域A(r<a)， 會使用到下列公式：
[0046] r = ^Zsr>, φ = φ\ Θ = & ⑷
[0047] 相應的實際物理空間中區域Α中的參數表達式變更為： ,.(b-δ b-δ b-δΛ
[0048] ε-u-d I a g-,-,- (5) V a a a )
[0049] 將虛擬空間中的環形區域（b-δ <r'彡b)拉伸到實際空間中的區域B(a < r < b)所用到的變換公式如下所示： T
[0050] r = --b)+b , φ = φ'. θ = θ' (6) δ
[0051] 對應實際物理空間中區域Β中的參數表達式為： (b-af/)2 δ δ Λ
[0052] s = u = diag ---,---,--- (7) 、? \r J b-a b-a ^
[0053] 公式（7)可以用含有折射率的表達式來替代，經過簡化後的表達式為： i b-0 ζ - r<a
[0054] η(ι) = < / / r，(8) diag -，一，一 a < r < b ^ [b-a r r)
[0055] 當δ - 〇時，公式⑶可以進一步簡化： ? b - r <a
[0056] n(r) = \ 廣 b 9) diag a <r< b 、r r)
[0057] 區域B中的材料是各向異性的，而且鏡像折射率接近於零，而現實生活中很難實 現各向異性的材料，所以材料的參數需要進行進一步的簡化。關鍵的一點在於，數值分析表 明徑向折射率發生變化時遠場方向圖幾乎保持不變。所以，可以對參數做如下簡化，即讓\ =h = ηθ = b/r，最終得到透鏡的折射率表達式為： \b!a r <a
[0058] n{r) = \ CIO)
[b!r a <r<b
[0059] 進一步寫出介電常數的表達式為： (//)" r<a
[0060] ε(χ)二》/c\ - (11) (h/rf a<r^h
[0061] 放大部分1的外界面和匹配部分2的內界面是完全重合的。由公式（11)可以看 出，匹配部分2的介電常數是連續變化的。匹配部分2對應的是圖3中的區域II。為了 實現折射率的線性遞減，本實用新型中採取的辦法是讓每一個匹配層的相對磁導率保持不 變，通過調節相對介電常數來實現折射率的線性變換。區域II所對應的15層球殼由內向 外相對介電常數分布為：
[0062] 層數 |第一層|第二層|第三層|第四層|第五層|第六層|第七層 介電常數 --1 93 Z6 625 52 4A 3^8~ 第八層~~第九層第十層第十一第十二~~1+ξWTm~~第十五 ____Μ__Μ__Μ__Μ__層 3.3 2.9 2.56 2.3 2.04 1.84 1.66 1.51
[0063] 如同技術方案中的描述，將球殼再次進行二次離散化。如圖4(a)所示，將半球離 散化成了 22個圓片，每片圓片厚度設定為3mm，圓片的厚度限制於超材料的等效媒質理論。 僅僅橫向的離散還不夠，還要進行縱向的離散化。再次離散後的縱向切面圖如圖4(b)所 示，橫向切面圖則如圖5?8所示。第二次離散相當於將每一個圓片分割成一個個同心圓 環，每個圓環的寬度設定為3_，同樣也限制於超材料的等效媒質理論。
[0064] 半球型的放大透鏡被離散化成為一個個小塊，每個小方塊的折射率可以通過打孔 的孔徑大小不同來調節。計算出每個單元塊的中心點到球心的距離，然後根據折射率分布 公式推算出此單元塊的折射率的值。將原有的介質板進行打孔，根據孔徑的大小，最後得到 的材料的介電常數也會隨之變化。其變化關係大致遵循著，孔徑越大介電常數越小的一個 規律。
[0065] 圖5給出的是第一層高頻介質圓片橫切面的示意圖，是由四塊高頻板材組合而 成。由內向外的組成依次為：介電常數16的TP-2板材半徑為31. 5mm ;介電常數6的TP-2 板材，外徑為43. 5mm ;介電常數為3的F4B型板材，外徑為52. 5mm ;介電常數為2. 2的F4B 型板材，外徑為66. 5mm。
[0066] 為了實現折射率漸變，將圓形介質片離散成二十二個同心圓環，離散的步長為 3mm，然後採用分層打孔的辦法來實現我們需求的折射率數值。孔的半徑大小分布情況由圓 盤中心向外依次為（mm):
[0067] 0 ?ο ?ο ?ο ?ο ?ο ?ο |〇· 65 |〇· 9 |?· 1 |?· 2 0. 5 0. 75 0. 95 1. 1 0. 25 0. 65 0. 9~0Γδ~0. 8 ? ~L2
[0068] 註：表格中的孔徑為Ο表示其所在的離散層並沒有進行打孔
[0069] 第二層到第十一層介質片有一個共同點在於都是由4個不同材質的高頻介質材 料組合而成，由內向外四種圓環的組成材質分別是介電常數16的ΤΡ-2板材；介電常數6的 ΤΡ-2板材；介電常數為3的F4B型板材；介電常數為2. 2的F4B型板材。由內向外把四種 板材組成的圓環分別標記成1，2,3,4,這四個圓環的尺寸如下表所示：
[0070] 內徑/mm 外徑/mm ? 2 3 4 ? 2 3 4 第 2 層 0 3L5 433 5Z5 3L5 43J 525 66J~ 第 3 層 0 28J 433 52J 28J 4^5 5Z5 663~ 第4 層 0 28J 43^5 523 283 4?5 5Z5 66J~ 第 5 層 0 283 433 49^ 28^ 43^ 49J 66^5^ 第6層 0 253 403 493 2^5 403 493 663~ 第7層 0 253 403 493 2^5 403 495 663~ 第 8 層 〇 2?5 403 49J 2^5 403 4^5 63^~ 第9層 〇 19J 3X5 463 1^5 3X5 463 63J~ 第 10層 0 163 343 463 163 34J 463 603~ 第 11層 0 ?(λ5 34J 4?5 ?05 34^ 4?5 605^
[0072] 第2層到第11層高頻介質板上孔的半徑大小分布情況由圓盤中心向外依次為 (mm)：
[0073] 第2層I第3層I第4層I第5層I第6層I第7層I第8層I第9層I第10 I第11 _________屋__層 0 ~ 0 0 ~ 0 ~ 0 0 ~ 0 ~ 0.8 1 1.15 0 ~ 0 0 ~ 0 ~ 0 0-0 ~ 0.85 1.05 1.15 0 ~ 0 0 ~ 0 ~ 0 0 ~ 0 ~ 0.9 1.05 1.2 0 0 0 - 0 ~ 0 ~0 0.75 0.95 ~1.1 1.2 0 ~ 0 0 ~ 0 ~ 0 0.65- 0.9 ~ 1.05 1.15 0.2 0 ~ 0 0 ~ 0 ~0.65 0.85- 1 ~ 1.1 1.2 0.45 0 ~ 0 0.5 ~ 0.7 ~0.85 1 - 1.1 ~ 1.2 0.3 0.6 0.7 ~ 0.75 0.85~ 0.9 " 1 ~Γ.1 1.2 0.2 ~0.55 0.75 0.95 ~0.95 1 - 1.1 ~ 1.15 1.2- 0.25 ~ 0.55 0.75 0.9 1.1 ~ 1.1 1.15- 1.2 ~0.15 0.35- 0.6 _ 0.75 0.9 1 1.2 ~ 0.15 0.1 廠 0.35 0.55 ~1λ65 0.8 0.9 -1 1.1 0.5 ~ 0.55 0.6~ 0.7 0.75 ~085 0.95 1 ~1.1 1.15 0,75 ~ 0.8 0.85~~ 0.9 0.95 ^? 1.05 1.1 1.15 0.5 0.95 ~ 0.95 1 一 1.05 " 1.05 ~Γ.1 1.15 0.35 ~0.55 0.75 1.1 1.1 1.1 ~ 1.15 0.15 ~〇Γ35 0.55 0.65 ~5.8 0.9 0.25 ~ 0.3 0.4~ 0.5 " 0.6 ~0.7 0.8 0.85 ~~0.95 0.45 0.65 ~ 0.7 0.7~ 0.75 0.85 ~0.9 0.95 0.4 ~0.6 0.75 0.9 ~ 0.9 0.95~~ 0,15 0.35 ~(?5 0.6 0.75 ~~0.85 0.95 0.5 ~ 0.55 0.6~ 0.65 " 0.7 ~0.8 0.85 0.95 "Τ.05 1.1 0.8 ~0.85 0.85- 0.9 ~0.95 1 1.05 1.1 1.2 1.25 1 ~T〇5~ 1.05 1.1 -1.1 1.15 1.2 1.25 1.2 1,2 1.2 1.25 1.25 1.3 [
[0074] 放大透鏡中第12層高頻介質板的橫切面如圖6所示。這放大透鏡中的第12層到 第16層介質片的共同點在於都是由3種不同高頻介質材料組合而成，由內向外三種圓環的 組成材質分別是介電常數6的ΤΡ-2板材；介電常數為3的F4B型板材；介電常數為2. 2的 F4B型板材。由內向外把三種圓環標記成1，2, 3,這三個圓環的尺寸如下表所示：
[0075] 內徑/mm 外徑/mm ? 2 3 ? 2 3 第 12 層 0 3L5 405 3L5 403 55^ 第 13 層 0 253 3?3 253 3?3 553 第 14 層 0 223 34J 223 34J 523 第 15 層 0 163 3L5 163 3L5 4^5 第 16 層 0 7^5 28^5 7^5 28^5 463
[0077] 第12層到第16層介質板上孔的半徑大小分布情況由圓盤中心向外依次為（mm):
[0078] 第12層 第13層 第14層 第15層 第16層 0.25 0.65 " 0.85 1 1.15 ~ 0.3 0.65 " 0.9 1.05 1.15 - 0.4 0.7 " 0.9 1.05 1.15 - 0.5 0.75 " 0.95 1.05 0.15 ~ 0.6 0.85 1 ~ 1.1 0.35 0.7 0.9 " 1.05 1.15 0.5 ~ 08 095 Ο (?2 06 0.9 1.05 ~ 1.15 ~ 0.45 0.7 1 1.1 ~ 0.25 ~ 0.6 0.85 1.1 0.15 " 0.55 0.75 0.95 ~ 1.15 0.45 " 0.7 0.9 0.4 - 0.45 0.7 " 0.85 0.3 0.65 - 0.7 0.85 " 0.2 0.6 0.8 ~ 0.85 0.25 " 0.6 0.8 0.95 - 0.35 0.6 " 0.8 0.95 1.1 ~ 0.65 0.85 " 0.95 1.1 1.2 ~ 0.9 1 1.1 1.2 1.05 1.15 1.2 1.2 1.25
[0079] 三維放大透鏡中第17層介質片的橫切面如圖7所示。第17層和第18層介質片 的共同點在於都是由2個不同材質圓環組合而成，由內向外兩種圓環的組成材質分別是介 電常數為3的F4B型板材和介電常數為2. 2的F4B型板材。由內向外把兩種圓環標記成1， 2,這兩個介質圓環的尺寸如下表所示：
[0080] 內徑/m m 外徑/mm _ 1 2 1 I 2 第 17 層 0 2Z5 2Z5 4?5 第 18 層 0 16.5 16^ 405
[0081] 第17層和第18層介質板上孔的半徑大小分布情況由介質片中心向外依次為 (mm)：
[0082] ^ 0,5 0.5 〇55 0.6 0.7 〇57 〇58 0.9 0.3 〇55 0.7 〇58 1 U 1.2 ^ 0.8 0.8 0.8 °, 8 0.9 °,9 °, 3 °,5 °,. 6 0.8 0.9 1 1.1 1.2
[0083] 三維放大透鏡中第19層介質片的橫切面如圖8所示。這四片圓盤都是由介電常 數為2. 2的F4B型板材組成。這四個圓盤的尺寸如下表所示：
[0084] |第19層|第20層|第21層|第22層~ 半徑 /nun 34. 5 28Γδ 22. 5 16. 5
[0085] 第19層到第22層介質板上孔的半徑大小分布情況由圓盤中心向外依次為（mm):
[0086] " 0.2 0 25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 層_____________ 第20 _ 0.65 0.7 0.7 0.75 0.8 0.85 0.95 1 1.05 1.15 層___________ ^J1 0.9 0.95 0 95 1 1 1.05 1.1 1.15 層_________ ^J2 1.1 1.1 1.15 1 15 1.2 1.2 層 I I I II
[0087] 如圖9?11所示，為了對比出基於超材料的三維高解析度透鏡的放大效果，測試 了一組在沒有放置透鏡情況下的近場電場分布圖，由左向右對應的是選取的X波段三個頻 率點，8GHz，10GHz，12GHz，這三個頻點對應的波長分別為37. 5mm，30mm，25mm。本實驗中選取 了兩個單極子天線作為饋源，二者間距7mm，小於三個頻點所對應的1/2波長（分辨極限）。 理論上來講，由於凋落波的存在，兩個距離小於半波長的源將難以區分。故如圖25?27所 示，測得近場電場圖和只有一個單極子天線時的場圖相似，兩個單極子天線並沒有有效的 區分開來。
[0088] 由於衍射極限的存在，如果在不藉助高解析度放大透鏡的情況下將兩個源有效的 區分開來，只能是增加兩個源之間的距離，讓其大於工作頻率對應波長的1/2。故實施了另 一組實驗，測試條件和上述相類似，只是兩個單極子天線之間的距離擴大了四倍，由7mm轉 變成了 28mm。這一距離大於三個頻點對應的半波長，也就是大於分辨極限，理論上兩個單極 子天線應該可以有效區分。如圖12?14所示，實驗測試所得的近場電場分布和只有一個 源時的場型分布顯著不同，進一步證明了推導的正確性。
[0089] 相同的測試環境，在天線前放置了半球型高解析度放大透鏡，兩個單極子天線分 別放置在球心左右各3. 5_的位置，測得近場電場分布圖如圖31?33所示。觀察可以發 現在三個頻點，場型分布都和在饋源相距28mm時的場型非常相似。因此可以說明，高分辨 率放大透鏡將兩個距離小於分辨極限的饋源實現了有效的分離，並且證明本實用新型中提 到高解析度放大透鏡能夠實現4倍放大。
[0090] 本實用新型中的高解析度率放大透鏡根據工作頻段不同，可採用不同加工工藝實 現。
[0091] 以上僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出：對於本【技術領域】的普通技術人 員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本實 用新型權利要求進行改進和等同替換後的技術方案，均落入本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種三維放大透鏡，其特徵在於，該透鏡為半球形結構，包括位於中心且介電常數恆 定的半球形的放大部分（1)和位於所述放大部分（1)外部的匹配部分（2)，所述匹配部分 (2)內界面的介電常數與放大部分（1)的介電常數相同，外界面的介電常數與空氣的介電 常數相同，匹配部分（2)的介電常數沿半球形的徑向，按如下函數關係遞減： ￡b = (_) ' ε? r 其中ε b為匹配部分⑵上距離球心為r一點的介電常數，ε ^為空氣的介電常數，r為 匹配部分（2)上一點距離球心的距離，b為球心到匹配部分（2)外界面的距離。
2. 根據權利要求1所述的一種三維放大透鏡，其特徵在於，所述放大部分（1)的介電常 數表達式為： ε?=(~)2 'εο a 其中ε a為放大區域（1)的介電常數，a為球心到放大部分（1)和匹配部分（2)分界面 的距離。
3. 根據權利要求1或2所述的一種三維放大透鏡，其特徵在於，所述透鏡的半球形結構 由平行於底面的圓盤狀切片疊加而成，所述切片上位於匹配部分（2)的區域加工有用以減 小介電常數的通孔，所述通孔在切片上的設置和分布方式滿足匹配部分（2)的介電常數遞 減關係。
4. 根據權利要求3所述的一種三維放大透鏡，其特徵在於，所述透鏡的半球形結構中， 當一個切片採用單一介電常數材質不能滿足匹配部分（2)的介電常數遞減關係時，則該切 片由介電常數從內向外依次減小的多個環形片材拼接而成。
【文檔編號】H01Q15/02GK203883131SQ201420277624
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2014年5月27日
【發明者】蔣衛祥, 戈碩, 崔鐵軍 申請人:東南大學