[0001] 本发明属于一种三频点工作的电压调制微波透射方法，涉及一种基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法及装置。

[0002] 微波调制器件是利用参数可调的材料或元器件来控制微波信号幅度或相位的器件，可调器件主要包括半导体二极管、铁氧体和石墨烯等新型材料。微波调制器件是衰减器、调幅器、响应开关等一系列器件设计的基础，在微波通信，滤波等方面有诸多应用。但现阶段的微波调制器件都存在调制频率单一、调制幅度较弱等问题，严重影响了器件的实际应用因此如何实现一个多频工作、调制对比度高的微波调制器件就显得尤为重要。近年来一些新颖的量子光学现象如电磁感应透明效应等在一些人工微结构材料中得以实现，对这些奇特的量子光学频谱进行类比实现并加以调控为我们提供了电磁波传播控制的新思路。目前国内外相关的研究主要集中于几个方面：(1)尝试将金条带按照一定图案设计排列于半导体基板上作为电谐振子，在金属条带两端加入馈电，通过电压调节，在较大的频率带宽内实现较大程度的幅度调制和相位调制[文献1-2，H.-T.Chen,W.J.Padilla,J.M.O.Zide,A.C.Gossard,A.J.Taylor,and R.D.Averitt,"Active terahertz metamaterial devices,"Nature 444,597(2006).H.-T.Chen,J.F.O'Hara,A.K.Azad,A.J.Taylor,R.D.Averitt,D.B.Shrekenhamer,and W.J.Padilla,"A metamaterial solid-state terahertz phase modulator,"Nat Photon 2,295(2008)]；(2)利用两维层状材料石墨烯独特的光学性质，将其线切割为整块周期排列于基板上，调节单块石墨烯的线宽可以增强其红外吸收，并实现较大的带宽[文献3,Y.Fan,N.-H.Shen,T.Koschny,and 
C.M.Soukoulis,"Tunable Terahertz Meta-Surface with Graphene Cut-Wires,"ACS Photonics 2,151(2015)]。以上现有的设计物理上均基于人工布拉格谐振或者局域谐振，调制效果取决于人工结构谐振子的表现，因此对材料的尺寸和性质有严格限制。但在实际应用中，高品质的金属金，石墨烯等加工难度较大、成本较高，误差的存在使得效果往往与理论预期差距较大，所设计结果的稳定性限制其实际使用。

[0003] 要解决的技术问题

[0004] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法及装置，解决微波调制装置结构复杂，调制频率单一，调制效果不理想等严重影响实际应用的问题。

[0005] 技术方案

[0006] 一种基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法，其特征在于步骤如下：将开关二极管与电池的并联电路串联在磁振子电路中，当开关二极管处于导通状态时，使得磁振子的磁谐振变弱，当开关二极管处于关闭状态时，使得磁振子的磁谐振变强，变强的磁谐振与电谐振模式相互耦合诱导类电磁感应透明现象，电磁波束的吸收将被抑制，电磁波透射得到极大增强；所述电池采用可调电压源。

[0007] 一种采用所述调制方法的实现调节类电磁感应透明谱线实现微波调制装置，其特征在于包括第一金属铜杆1与一对金属铜杆2组成条带结构，入射波的极化垂直金属条带方向；一个可调电压源E和开关二极管D；开关二极管D嵌入在一对金属铜杆2之间，利用馈电调节开关二极管的状态，影响金属双杆磁谐振的强弱，诱导类电磁感应透明现象实现极大透射率；一对金属铜杆2的另一端串联可调电压源E。

[0008] 所述金属铜杆采用有损耗的金属铜。

[0009] 有益效果

[0010] 本发明提出的一种基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法及装置，在金属结构中引入开关二极管，诱导控制类电磁感应透明效应实现三频微波调制的设计思路和实现手段。利用施加馈电的开关二极管调控磁谐振模式强度，电控类电磁感应透明现象为本发明的关键技术特征。微波极化垂直激励金属结构可以激发等离激元谐振模式，主要包括电谐振单元和磁谐振单元，而对微波的透射进行有效的调控需要在磁谐振单元中引入开关二极管。在工作频率范围内，在开关二极管两端施加馈电，通过电压调节，可以改变开关二极管的导通性，使其在“导通”与“断开”两种状态之间互相转变，从而影响磁谐振的强弱。当二极管处于断开状态时，较强的磁谐振与电谐振模式相互耦合诱导类电磁感应透明现象，电磁波束的吸收将被抑制，电磁波透射得到极大增强。这种微波调制装置设计利用二极管诱导和控制类电磁感应透明现象，在设计工作频率点能够实现极大的电磁透射，并且具有三频点的动态可调性。通过改变金属条带结构的几何尺寸，可以调节装置的工作频率。

[0011] 本发明具有如下的效果和优点：

[0012] 1.本发明基于金属结构谐振实现类电磁感应透明现象，利用开关二极管导通性对电压的依赖关系，通过二极管状态转变诱导类电磁感应透明现象的产生，从而实现三频点的微波透射调制。

[0013] 2.本发明需要制备相应尺寸和结构的样品，加工技术成熟，成本可控，可实现高效率的微波调制，性能稳定。

[0014] 3.本发明中调节电压较低，分布范围较窄，能够高效率地调节开关二极管的导通性，进而实现对三频点处微波透射强度进行连续调节，节约能源，安全可靠。附图说明

[0015] 图1是本发明基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法的原理结构示意图；

[0016] 图2是本发明基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法的透射曲线。

[0017] 图3是本发明基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法案例示意图；

[0018] 图4是本发明基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法案例实物图；

[0019] 图5是本发明基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法案例在不同电压下的透射曲线。

[0020] 图6是本发明基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法案例在4.81GHz、5.25GHz和5.62GHz三个工作频点处的微波透射调制变化曲线。

[0021] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

[0022] 本发明的原理结构实现如附图1：在入射电磁场A的作用下，由于电阻大小的不同，谐振电路将产生不同的激励模式，包括磁谐振模式和电谐振模式。当磁谐振模式与电谐振模式的谐振频率重合时，两种谐振模式发生相消干涉，电磁波的吸收将被抑制，出现极大的透射峰。由于电谐振子的Q值较低，损耗较小，磁谐振子Q值较高，损耗较大，因此较强的磁谐振模式对类电磁感应透明的形成至关重要。因此，我们在磁谐振单元中嵌入开关二极管，利用开关二极管导通性的变化调节磁谐振模式的强度，形成电调控磁谐振单元B。调制方法的透射曲线如附图2所示：当馈电电压较大时，二极管处“导通”状态，磁谐振强度很低，等离基元谐振主要表现为电谐振模式，将极大地消耗电磁波的能量，电磁波的透射率很低。当馈电电压较小时，二极管由“导通”状态转变为“断开”状态，较强的磁谐振模式与电谐振模式耦合增强，当磁谐振模式与电谐振模式相消干涉时，发生类电磁感应透明现象(EIT模式)，此时入射波的吸收被完全抑制，出现极大透射率。而且如附图2中箭头所示，在三个谐振频率处，由于二极管状态的转变，透射谱线在电谐振模式与EIT模式之间互相转变，电磁波透射强度将发生极大变化，因此我们可以调节类电磁感应透明谱线实现三频微波调制。

[0023] 基于三频微波调制方法，我们给出一种调节类电磁感应透明谱线实现三频微波调制的实现结构：包括一个金属铜杆和一对金属铜杆组成的条带结构，入射波的极化垂直金属条带方向。为简单起见我们考虑介质环境为真空的情况，在入射电磁场作用下，单杆/双杆激励产生电/磁谐振模式，谐振频率处透射强度极小，透射率接近于0，结果表明了单杆/双杆激励产生的电/磁谐振均会消耗电磁波的能量，无法实现较大的透射。当单杆和双杆形成组合结构时，电谐振模式与磁谐振模式发生相消干涉，透射图谱出现了极大的透射峰，透射率接近于1。

[0024] 实施例1

[0025] 请参阅附图3，附图4，附图5，附图6。

[0026] 基于电调控类电磁感应透明的三频微波调制方法，是将与可调电压源E并联的开关二极管D串联到磁谐振电路中，利用开关二极在“导通”与“断开”两种状态之间的互相转变，调节磁谐振模式的强弱。当二极管处于“导通”状态时，磁谐振较弱；当二极管处于“断开”状态时，磁谐振变强，较强的磁谐振与电谐振模式相互耦合诱导类电磁感应透明现象，电磁波束的吸收将被抑制，电磁波透射得到极大增强。

[0027] 基于此方法设计了一种调节类电磁感应透明谱线实现微波调制器件，有一个金属铜杆1和一对金属铜杆2组成条带结构，入射波的极化垂直金属条带方向。在一对金属铜杆中间嵌入开关二极管，利用馈电调节开关二极管的状态，进而影响金属双杆磁谐振的强弱，诱导类电磁感应透明现象实现极大透射率。由于二极管状态的转变，透射谱线在电谐振模式与EIT模式之间互相转变，电磁波透射强度将发生极大变化，在工作频率处可以实现实现三频微波调制。

[0028] 具体案例，具体结构见附图3。案例结构由一个金属铜杆1和一对金属铜杆2构成，1作为电谐振子，2作为磁谐振子。在2中间嵌入开关二极管，利用馈电调节开关二极管的状态，进而影响磁激励模式的强弱，诱导类电磁感应透明现象实现极大透射率。入射电磁场作用下，单杆/双杆激励产生电/磁谐振模式，谐振频率处透射强度极小，透射率接近于0，无法实现较大的透射。对于单杆和双杆形成组合结构时，当馈电电压较大时，二极管处于“导通”状态，磁谐振强度很低，等离基元谐振主要表现为电谐振模式，将极大地消耗电磁波的能量，电磁波的透射率很低；当馈电电压较小时，二极管由“导通”状态转变为“断开”状态，磁谐振变强，较强的磁谐振模式与电谐振模式耦合增强，当磁谐振模式与电谐振模式相消干涉时，发生类电磁感应透明现象(EIT模式)，此时入射波的吸收被完全抑制，出现极大透射率。

[0029] 本实施例中，金属条带宽度为1毫米(mm)，材质为有损耗的金属铜，图中各几何参数值为w＝22.14mm，l＝47.54mm，w1＝16mm，l1＝5mm，w2＝10mm，l1＝17mm，wl＝1mm，g＝1mm，整个结构置于1毫米(mm)厚的Rogers-6006基板上。同时在一对金属杆的两端添加导线，连接外部电源进行馈电调节，整个金属结构可以通过激光切割技术制备得到(实物见附图4)。本发明案例的透射强度如附图5所示：在馈电电压为1.2伏特(V)，透射强度接近-35dB，入射波被完全吸收；当电压从1.2伏特(V)逐渐减小时，透射强度逐渐增大，当馈电电压为0.1伏特(V)时，透射率接近于1。附图6选取了三个工作频率4.81GHz、5.25GHz、5.62GHz处透射强度的变化，可以发现本发明可以同时实现三频点的微波透射调制，并且调制幅度最大可达
31dB。本发明案例涉及的金属条带结构简单，在加工中可以改变条带长度对其电磁响应进行调控，进而实现不同频段和频点处高效率的微波透射调制。