T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法

2023-05-29 06:33:41

專利名稱：T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法
技術領域：
本發明涉及一種T形波導驗證異向介質逆斯涅耳(Snell)折射的方法。
背景技術：
前蘇聯科學家V.G. Veselago在1968年預言當介質的介電常數ε與磁導率μ同時為負數時，其折射率將變為負值。這種ε和μ同時為負的介質被美國麻省理工學院J.A.Kong命名其中文名稱為「異向介質」。2001年，美國加州大學San Diego分校的D.R.Smith等人根據英國帝國理工學院J.B.Pendry的研究結果首次構造出ε與μ同時為負的人工介質。異向介質負折射率特性的驗證基本上是通過測量稜鏡折射實驗來實現。目前主要是在平板波導或者自由空間中測量入射波傾斜投射到異向介質與空氣交界面時的折射方向來計算異向介質的折射率。這幾種所需要的實驗裝置比較複雜，需要很好的吸波材料，需要平面波入射。

發明內容
本發明的目的在於提供一種T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法，是把異向介質樣品放入T形波導中進行測量，實驗裝置比較簡便。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是將異向介質裁剪成L形狀的樣品，並在拐角處切成45°的切面，放入T形波導進行測量，通過對比T形波導兩個輸出埠測到的功率值，來驗證T波導中的異向介質的電磁特性。
入射功率從T波導橫向的一個埠入射，在T波導橫向的另一個埠和T波導縱向埠用微波功率計檢測輸出功率的大小。
它能驗證各向同性的異向介質，或驗證介質光軸與T波導三個埠所組成的平面垂直的各向異性的異向介質，或驗證均勻的異向介質，或驗證離散結構的異向介質。
為了利於異向介質樣品的放入，將T形波導上面的金屬板設置成可移動的，或將T形波導側面的金屬板設置成可移動的。
本發明具有的有益的效果是基於T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射特性的測量方法，採用T形波導的測量環境，可以避免目前採用平面波的複雜實驗裝置，避免了吸波材料性能不好對測量結果的影響。因此具有裝置簡便，性能穩定的優點。


圖1是本發明的測量原理圖；圖2是所舉例子中採用的異向介質樣品。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明是將異向介質4裁剪成L形狀的樣品，並在拐角處切成45°的切面，放入T形波導5進行測量，通過對比T形波導5兩個輸出埠測到的功率值，來驗證T波導5中的異向介質4的電磁特性。
入射功率從T波導橫向的一個埠1入射，在T波導橫向的另一個埠2和T波導縱向埠3用微波功率計檢測輸出功率的大小。
它能驗證各向同性的異向介質，或驗證介質光軸與T波導三個埠所組成的平面垂直的各向異性的異向介質，或驗證均勻的異向介質，或驗證離散結構的異向介質。為了利於異向介質樣品的放入，將T形波導上面的金屬板設置成可移動的，或將T形波導側面的金屬板設置成可移動的。
如圖1所示，是基於T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法的原理圖。T形波導的上面或者側面的金屬蓋板做成可以拆卸的結構，以利於異向介質的放入。測量時由埠1輸入功率，在埠2、3檢測其輸出功率的大小。工作頻段為波導TE10模所對應的頻段範圍。在T形波導為空時，埠2將檢測到比埠3要大的功率，而如果放入的異向介質具有負折射率特性的話，則在折射率為-1的頻率點，埠3檢測到的功率將比埠2要大。舉例來說，如果採用的波導為WR-90(a＝22.86mm，b＝10.16mm)，則波導TE10模所對應的頻段為6.56GHz～13.1GHz。然後放入圖2所示的L形異向介質樣品，其介質具有負折射率特性，在9.73GHz的頻率處其折射率為-1。然後在這個頻率下對空波導以及放入異向介質之後的兩種情況下分別用HP8722ES矢量網絡分析儀測出此頻率下的埠2、3的功率輸出。實驗中在測其中一個輸出埠的功率時，另一個埠接匹配負載，使其反射功率為最小。
表1.T形波導S參數測量結果(頻率為9.73GHz)

測量T波導反射功率及兩埠透射功率，結果如表1所示。從表中可以看出，在空波導的情況下，埠2輸出的功率要比埠3大2.47dB，相反，放入異向介質以後，埠2輸出的功率比埠3要小11.7dB。同時異向介質損耗的存在使埠2、3接收到的功率都很小，這主要是由這類樣品的高損耗率引起的。從實驗中可以看到電磁波在經過空氣與異向介質的交界面時，大部分能量折向了埠3，同時經歷相同的傳輸距離引起的損耗後，在埠3還是檢測到了比埠2多的功率。結果表明輸入功率在交界面上被異向介質折了90°，也即相對法線折了-45°，從而進一步證實了這種異向介質的逆斯涅耳定律的特性。
權利要求
1.一種T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法，其特徵在於將異向介質(4)裁剪成L形狀的樣品，並在拐角處切成45°的切面，放入T形波導(5)進行測量，通過對比T形波導(5)兩個輸出埠測到的功率值，來驗證T波導(5)中的異向介質(4)的電磁特性。
2.根據權利要求1所述的T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法，其特徵在於入射功率從T波導橫向的一個埠(1)入射，在T波導橫向的另一個埠(2)和T波導縱向埠(3)用微波功率計檢測輸出功率的大小。
3.根據權利要求1所述的T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法，其特徵在於它能驗證各向同性的異向介質，或驗證介質光軸與T波導三個埠所組成的平面垂直的各向異性的異向介質，或驗證均勻的異向介質，或驗證離散結構的異向介質。
4.根據權利要求1所述的T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法，其特徵在於為了利於異向介質樣品的放入，將T形波導上面的金屬板設置成可移動的，或將T形波導側面的金屬板設置成可移動的。
全文摘要
本發明公開了一種T形波導驗證異向介質逆斯涅耳折射的方法。將異向介質裁剪成L形狀的樣品，並在拐角處切成 45°的切面，放入T形波導進行測量，通過對比T形波導兩個輸出埠測到的功率值，來驗證T波導中的異向介質的電磁特性。如果待測異向介質樣品具有負的折射率，那麼在折射率為－1的頻率點，最大輸出功率將出現在與入射軸垂直的埠上。其結果與沒有放入異向介質的情況相反，由此可以進一步來驗證異向介質的負折射率特性。其優點是裝置簡便，性能穩定。
文檔編號G01R31/00GK1601289SQ20041006747
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月22日 優先權日2004年10月22日
發明者陳紅勝, 冉立新, 皇甫江濤, 章獻民, 孔金甌 申請人:浙江大學