人工电磁材料及由其制成的聚焦透镜

摘要

本申请提供了人工电磁材料，其包括多个电介质材料片材和放置在电介质材料片材中的多个短导电管，其中包含所述短导电管的所述电介质材料片材由没有所述短导电管的所述电介质材料片材隔开，并且其中所述短导电管的轴线沿着至少两个不同方向定向。本申请还提供了用于制造这种材料的方法和包括这种人工电磁材料的柱面聚焦透镜。与已知材料相比，所述人工电磁材料、透镜及其制造可以提供期望的介电性质和制造优点。

权利要求

1.一种人工电磁材料，其包括多个放置在电介质材料内部的短导电管，所述短导电管分层放置，其中包含所述短导电管的所述电介质材料片材由没有所述短导电管的所述电介质材料片材分隔开，并且其中所述短导电管的轴线沿着至少两个不同方向定向。

2.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其中所述至少两个不同方向是正交方向。

3.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其中所述短导电管具有圆形或多边形形状的横截面。

4.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其中所述短导电管由铝制成。

5.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其中所述电介质材料是泡沫聚合物。

6.根据权利要求5所述的人工电磁材料，其中所述泡沫聚合物由选自聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氨酯、硅和聚四氟乙烯的材料制成。

7.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其中放置在一层中的所述短导电管形成正方形结构，从而在设置在同一行或同一列处的相邻管之间提供相等的距离。

8.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其中放置在一层中的所述短导电管形成蜂窝结构，从而在任何相邻管之间提供相等的距离。

9.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其中放置在一层中的所述短导电管的轴线指向相同的方向。

10.根据权利要求9所述的人工电磁材料，其中放置在一层中的所述短导电管的轴线垂直于所述层所在的平面。

11.根据权利要求9所述的人工电磁材料，其中放置在一层中的所述短导电管的轴线平行于所述层所在的平面。

12.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其中放置在一层中的一些短导电管的轴线垂直于所述层所在的平面，并且其他短导电管的轴线平行于所述层所在的平面。

13.根据权利要求12所述的人工电磁材料，其中平行于所述层所在的平面的所述短导电管的轴线指向不同的方向。

14.一种柱面聚焦透镜，其包括如权利要求1‑13中任一项所述的人工电磁材料。

15.根据权利要求14所述的柱面聚焦透镜，其中每层的所述短导电管形成正方形或六边形晶格。

16.根据权利要求14所述的柱面聚焦透镜，其中每一层的所述短导电管是沿径向成圆形放置。

17.根据权利要求14所述的柱面聚焦透镜，其包含两类层：一类层里的所述短导电管的轴线仅垂直于所在层的平面，另一类层里的所述短导电管的轴线仅平行于所在层的平面。

18.根据权利要求17所述的柱面聚焦透镜，其中所述短导电管的轴线仅平行于所在层的平面的一类层包含两种层，两种层中的每一层里的所述短导电管的轴线是相互平行的。

19.根据权利要求16所述的柱面聚焦透镜，其中每一层包含具有垂直于所述层所在的平面的轴线的所述管和具有平行于所述层所在的平面的轴线的所述短导电管。

20.根据权利要求19所述的柱面聚焦透镜，其中平行于所述层所在的平面并且在偶数层处移位的所述短导电管的轴线垂直于平行于所述层所在的平面并且在奇数层处移位的所述短导电管的轴线指向。

21.根据权利要求16所述的柱面聚焦透镜，其中每一层包含具有垂直于所述层所在的平面的轴线的所述短导电管的圆和具有平行于所述层所在的平面的轴线的所述短导电管的圆。

22.根据权利要求21所述的柱面聚焦透镜，其中至少一个圆包含具有平行于所述层且平行于所述圆指向的轴线的所述短导电管。

23.根据权利要求21所述的柱面聚焦透镜，其中至少一个圆包含具有平行于所述层且垂直于所述圆指向的轴线的所述短导电管。

24.根据权利要求14所述的柱面聚焦透镜，其中沿着所述柱面聚焦透镜的纵向轴线放置介质棒。

25.一种用于制造人工电磁材料的方法，其包括将短导电管放置在多个电介质材料片材中，并且将所述片材堆叠在一起，其中包含所述短导电管的所述电介质材料片材由没有所述短导电管的所述电介质材料片材分隔开，并且其中所述管的轴线沿着至少两个不同方向定向。

26.根据权利要求25所述的方法，其中将所述短导电管放置到所述电介质材料片材中预先存在的孔中。

说明书

人工电磁材料及由其制成的聚焦透镜

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本发明申请要求于2019年4月26日提交的新西兰专利申请752944的优先权，其全部内容通过引用并入本文。发明领域

[0003] 本发明涉及人工电磁材料和用于电磁波的聚焦透镜。

[0004] 发明目的

[0005] 本发明的目的是提供一种用于制造诸如聚焦透镜和用于无线电通信的天线的装置的轻质人工电磁材料。所提供的材料必须易于制造并且具有可重复的性质。

背景技术

[0006] 现代移动通信市场需要创建窄波束并在不同频带中操作的多波束天线。聚焦介质透镜是最有效的多波束天线的主要部分。聚焦透镜的直径必须是通过透镜传播的电磁波的几个波长以产生窄波束，因此用于移动通信的多波束天线的一些透镜具有大于1m的直径。由通常的电介质材料制成的这种透镜太重，因此进行了许多研究以产生轻质且低损耗的透镜，从而提供聚焦透镜的期望特性。

[0007] 最公知的轻质人工电磁材料由与由轻质电介质材料制成的非导电部分混合的随机取向的导电部分组成。通过随机混合导电和非导电部分来制造具有期望介电特性的均匀材料是非常困难的，因此聚焦透镜是多波束天线的最昂贵的部件。为了改善聚焦透镜的性能并降低其成本，这种材料的开发不断地继续。

[0008] 美国专利8518537B2描述了一种轻型人工电磁材料，它包括多个随机的定向轻型电介质材料小颗粒，如聚乙烯泡沫塑料，每个颗粒内部都含有导电纤维。

[0009] 专利申请US2018/0034160A1描述了轻质人工电磁材料，其包括轻质电介质材料的多个随机取向的小多层颗粒，在层之间包含薄导电贴片。在本申请中写道，这种多层颗粒比含有导电纤维的颗粒提供更大的介电常数。

[0010] 专利申请US2018/0279202A1描述了其它种类的轻质人工电磁材料，其包括多个随机取向的小颗粒。一种所描述的材料包括轻质电介质材料的小多层颗粒，在层之间包含薄导电片。

[0011] 上述所有轻质人工电磁材料都是通过小颗粒的随机混合制成的。需要消除材料内可能导致无源互调失真的金属与金属接触，因此这种材料的制造包括许多阶段并且其成本高。

[0012] 随机混合提供了由小颗粒组成的最终材料的各向同性，但是一些应用需要具有各向异性的电介质材料。例如，由各向异性电介质材料制成的柱面透镜可以减少穿过柱面透镜的电磁波的去极化，并改善多波束天线的交叉极化比(美国专利9819094B2)。由各向同性人工电磁材料制成的柱面透镜产生穿过这种透镜的电磁波的去极化，因此包括这种透镜的天线可能遭受高交叉极化水平。

[0013] 在2019年4月25日提交的新西兰专利申请752904中描述了一种轻质人工电磁材料，其提供各向异性并适于制造柱面透镜。这种材料由具有薄壁的短导电管组成，并且放置在轻质电介质材料内。将管分层放置。一层包括含有多个孔的轻质电介质材料片料。轻质电介质材料可以是泡沫聚合物。将管放置在轻质电介质材料片料中制成的孔中，并且管内含有空气。包含管的层由没有管的轻质电介质材料层分开。所有导电管的轴线垂直于各层所在的平面。

[0014] 对于沿着管的轴线传播的电磁波，这种结构可以具有高达2.5的介电常数(Dk)，但是对于在垂直方向上传播的电磁波，其Dk明显更小。已知人工电磁材料的这种不希望的性质的原因是管的各向异性。

[0015] 通过包括导电颗粒的人工电磁材料传播的电磁波激发在导电颗粒上流动的循环电流，因此这种材料的磁导率小于1。在许多年前描述了这种效应(W.E.Kock，金属延迟透镜//贝尔系统技术杂志，第27卷，第58‑82页，1948年1月)。当电磁波在沿着管的轴线的方向上传播通过导电管的正方形或六边形晶格时，延迟系数(n)不取决于极化，因为任何极化激发相同的圆电流。当电磁波在垂直于管的轴线的方向上传播通过导电管的正方形或六边形晶格时，n取决于极化。当电磁波的磁场平行于导电管的轴线指向时，最大的圆电流在垂直于导电管的轴线的方向上在导电管的壁上流动。结果，这种极化的磁导率明显小于其它极化的磁导率，并且延迟系数n也小于其它极化的n。可以通过减小设置在层中的管之间的距离来增加这种极化的延迟系数n。增加设置在层中的管之间的容量增加了人工电磁材料的介电常数。因此，对于在垂直于导电管的轴线的方向上传播的电磁波的任何极化，已知的人工电磁材料可以提供非常小的n差，但是对于电磁波的其他方向不能提供相同的n。

[0016] 因为n取决于穿过材料的电磁波的方向与管的轴线之间的角度，所以这种人工电磁材料不适合于需要各向同性电介质材料为电磁波的任何方向和极化提供相同的n值的许多应用。例如，球形伦伯透镜必须由对于电磁波的任何方向和极化具有相同n的各向同性电介质材料制成，以保持穿过球形透镜的电磁波的极化。因此，与现有技术相比，需要创建一种人工电磁材料，其对穿过材料的电磁波的方向和极化具有较小的依赖性n，例如如NZ752904所述。这种人工电磁材料必须提供所需的各向异性，以减少穿过柱面透镜的电磁波的去极化，从而提供各向同性，以适合于制造球形伦伯透镜。同时，这种材料的制造必须比通过随机混合含有彼此隔离的导电元件的小颗粒而制成的已知轻质人造材料的制造更简单。

发明内容

[0017] 本发明提供了一种人工电磁材料，其包括多个电介质材料片材和放置在所述电介质材料片材中的多个短导电管，其中包含所述短导电管的所述电介质材料片材由没有所述短导电管的所述电介质材料片材分隔开，并且其中所述管的轴线沿着至少两个不同方向定向。

[0018] 优选地，所述至少两个不同方向是正交方向。所述短导电管可以具有圆形或多边形形状的横截面，并且优选地由铝制成。然而，管可以替代地由铜、镍、银或金制成。

[0019] 优选地，所述电介质材料是泡沫聚合物，其由选自聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氨酯、硅和聚四氟乙烯的材料制成。

[0020] 放置在一层中的所述短导电管可以形成正方形结构(晶格)，从而在设置在同一行或同一列处的相邻管之间提供相等的距离。或者，放置在一层中的所述短导电管形成蜂窝结构(晶格)，从而在任何相邻管之间提供相等的距离。

[0021] 放置在一层中的所述短导电管的轴线可以指向相同的方向。一层中的这种轴线可以垂直于所述层所在的平面，或者可以平行于所述层所在的平面。

[0022] 放置在一层中的一些短导电管的轴线可以垂直于所述层所在的平面，而其它短导电管的轴线可以平行于所述层所在的平面。平行于所述层所在的平面的所述短导电管的轴线可以指向不同的方向。

[0023] 所提供的人工电磁材料的延迟系数n取决于管的取向、管之间和层之间的距离，因此与已知材料(例如由新西兰专利申请752904描述的)相比，包括在层中具有不同轴取向的管和具有不同结构的层的所提供的人工电磁材料提供了达到期望介电性质的更多机会。例如，电磁波传播方向和极化的依赖性n较小，因为管的轴线具有多个方向，例如三个正交方向。因此，所提供的人工电磁材料可以应用于制造多种聚焦透镜和天线。

[0024] 通过提供上述人工电磁材料，本发明至少在某种程度上克服了新西兰专利申请752904所述的已知轻质人工电磁材料的缺陷，并提供了一种轻质人工电磁材料，其对通过该材料传播的电磁波的方向和极化具有较小的依赖性n。同时，这种材料的制造可能比通过混合包含彼此隔离的导电元件的小颗粒而制成的已知类似物的制造更简单。

[0025] 相反，本发明提供了一种用于制造人工电磁材料的方法，其包括将薄导电管放置在多个电介质材料片材中，并且将所述片材堆叠在一起，其中包含所述短导电管的所述电介质材料片材由没有所述短导电管的所述电介质材料片材分开，并且其中所述管的轴线沿着至少两个不同方向定向。优选地，将短导电管放置在所述电介质材料片材中预先存在的孔中。

[0026] 本发明还提供了包括上述人工电磁材料的柱面聚焦透镜。

[0027] 所述柱面聚焦透镜可以包括宽范围的结构，这取决于所使用的人工电磁材料的性质及其结构。例如，每层的所述管可以形成正方形或六边形晶格(图2)。每层的所述管可以径向地放置成圆并且形成“向日葵结构”(图3‑8)。这些层可以具有轴仅垂直于所述层所在的平面的管和包含轴线仅平行于所述层所在的平面的管的层(图2、5a)。包含轴线仅平行于所述层所在的平面的所述管的一层的所述管的轴线可以垂直于包含轴线平行于所述层所在的平面的所述管的另一层的所述管的轴线(图2b、2c)。每一层可以包含具有垂直于所述层所在的平面的轴线的管和具有平行于所述层所在的平面的轴线的管(图4、6、7、8)。平行于所述层所在的平面并且在偶数层处移位的所述管的轴线可以垂直于平行于所述层所在的平面并且在奇数层处移位的所述管的轴线指向(图6)。每一层可以包含具有垂直于所述层所在的平面的轴线的所述管的圆和具有平行于所述层所在的平面的轴线的所述管的圆(图8)。在这种情况下，至少一个圆可以包含具有平行于所述层且平行于所述圆指向的轴线的管(图8)。至少一个圆可以包含具有平行于所述层并垂直于所述圆的轴线的管(图8)。

[0028] 所述柱面聚焦透镜可以包括沿着所述柱面聚焦透镜的纵向轴线放置的介质棒(图7)。

[0029] 提供所述柱面聚焦透镜以与多波束天线一起使用，并且与已知的类似物相比制造更简单。

附图说明

[0030] 在进一步描述本发明时，仅通过示例的方式参考附图，其中：

[0031] 图1a‑1h示出了根据本发明的各种实施例的电介质材料层和包括各种取向的管的顶视图；

[0032] 图2a‑2c示出了组合以形成柱面透镜的层的顶视图，柱面透镜的横截面在图2d中示出；

[0033] 图3a和3b分别示出了由两种不同层组装的柱面透镜的顶视图和横截面图；

[0034] 图4a和4b分别示出了柱面透镜的顶视图和横截面图，该柱面透镜包括成圆放置的多个短管，并且其轴具有两个正交取向；

[0035] 图5a和5b分别示出了包括成圆放置的多个短管的柱面透镜的顶视图和横截面图；

[0036] 图6a和6b分别示出了柱面透镜的顶视图和横截面图，该柱面透镜包括成圆放置的多个短管，并且其轴具有两个正交取向；

[0037] 图7a和7b分别示出了由所提供的轻质人工电磁材料制成的柱面透镜的顶视图和横截面图，该柱面透镜包括由通常的电介质材料制成并放置在柱面透镜中间的棒；

[0038] 图8a和8b分别示出了柱面透镜的顶视图和横截面图，该柱面透镜包括成圆放置的多个短管，并且其轴具有三个正交取向。

[0039] 在整个图2a‑8b中，剖面线A‑A用于表示同一组的相应附图中的截面。例如，图2a‑2c中指示的截面在图2d中示出的由图2a‑2c表示的层的复合视图中表示。

具体实施方式

[0040] 如图所述和所示，轻质人工电磁材料包括多个具有薄壁并放置在轻质电介质材料内部的短导电管。管的横截面可以是圆形或多边形，例如正方形、六边形或八边形。短导电管分层放置。一层包括轻质电介质材料的片材，其可以包含用于插入管的多个孔。轻质电介质材料可以是泡沫聚合物。将管放置在轻质电介质材料片材中制成的孔中，并在管内含有空气。包含管的层由没有管的轻质电介质材料层分开。分离层还可以包含直径小于用于管的孔的直径的孔，以通过轻质电介质材料提供空气通风。放置在相邻层中的管可以在相同的轴线上彼此上方放置，或者层可以彼此移位，并且管可以具有不同的轴线。

[0041] 管以管轴线的不同取向设置。一些管的轴线垂直于层所在的平面，而其他管的轴线平行于层所在的平面。具有平行于层所在的平面的轴线的管可以彼此垂直地设置。因此，由于管的轴线具有三个正交方向，因此所提供的轻质人工电磁材料的介电性质较少依赖于穿过材料的电磁波的方向和极化。放置在一层中的管可以具有相同的轴取向或不同的轴取向。放置在彼此上方的包含管的层可以具有相同的结构或不同的结构。

[0042] 参考图1a‑1h，示出了本发明的几个实施例，其中放置在一层中的圆管可以形成不同的结构和取向。

[0043] 图1a示出了包含成行放置的圆管的层的顶视图，其中管的轴线垂直于该层，并且相邻行的管之间的距离和一行的相邻管之间的距离相等。图1b示出了包含成行放置的圆管的层的顶视图，其中管的轴线垂直于该层。行在放置在一行中的相邻管之间的一半距离上移位，并且任何相邻管之间的距离相等。图1c示出了包含成行放置的圆管的层的顶视图，其中所有管的轴线平行于该层并且彼此平行。图1d示出了包含成行放置的圆管的层的顶视图，其中管的轴线平行于层并且彼此平行。行在放置在一行中的相邻管之间的一半距离上移位。图1e示出了包含成行放置的圆管的层的顶视图，其中一半管的轴线垂直于该层所在的平面，另一半管的轴线平行于该层所在的平面。每行包含具有垂直于层所在的平面的轴线的管和具有平行于层所在的平面的轴线的管。图1f示出了包含成行放置的圆管的层的顶视图，其中一半管的轴线垂直于层所在的平面，另一半管的轴线平行于层所在的平面。每行包含具有垂直于层所在的平面的轴线的管和具有平行于层所在的平面的轴线的管。相邻行在相邻行之间的一半距离上移位。

[0044] 图1g示出了包含成行放置的圆管的层的顶视图，其中三分之一的管的轴线垂直于该层所在的平面，而其他管的轴线平行于该层所在的平面。平行管的一半的轴线垂直于平行管的另一半的轴线指向。图1h示出了包含成行放置的圆管的层的顶视图，其中三分之一的管的轴线垂直于该层所在的平面，而其他管的轴线平行于该层所在的平面。平行管的一半的轴线垂直于平行管的另一半的轴线指向。相邻行在相邻行之间的一半距离上移位。图1a‑1h所示的管具有圆形横截面，但是可以使用具有任何其他横截面的管，例如任何多边形的形状。

[0045] 附图还提供了由所提供的人工电磁材料制成的柱面透镜的几个示例性实施例以及可以布置层的方式。参考图2a，其示出了柱面透镜的第一层的顶视图，其中管成行放置，并且管的轴线垂直于该层所在的平面。相邻管之间的距离相等。图2b示出了柱面透镜的第二层的顶视图，其中管成行放置，并且管的轴线平行于该层并沿着行指向。相邻管之间的距离相等。图2c示出了柱面透镜的第三层的顶视图，其中管成行放置，并且管的轴线平行于该层并垂直于行指向。相邻管之间的距离相等。图2d示出了包括六层管的柱面透镜的横截面。第一层和第四层相同。第二层和第五层相同。第三层和第六层相同。因此，这种透镜由三种不同的层组装而成。

[0046] 对于其它应用，在层中移位的管可以形成其它结构，并且透镜可以包括其它数量的不同层。例如，在图3a和3b中示出了由两种不同层组装的柱面透镜。图3a示出了柱面透镜的第一层的顶视图，其中管成圆放置，并且放置在透镜中心的一个管的轴线垂直于该层所在的平面。其他管的轴线平行于该层并垂直于圆指向。形成第二层的管与形成第一层的管相对放置，但是其轴线平行于除了放置在透镜中心的一个管之外的圆指向。图3b示出了包括四层管的柱面透镜的横截面。第一层和第三层相同。第二层和第四层相同。因此，这种透镜由两种不同的层组装而成。

[0047] 在图4a和4b中示出了本发明的另一个实施例，其中柱面透镜的每一层包括成圆放置且具有其轴线的两个正交取向的多个短管。图4a示出了层的顶视图。放置在从透镜的外轮廓起的第一个圆上的管的轴线沿着层所在的平面。放置在从透镜的外轮廓起的第二个圆上的管的轴线垂直于层所在的平面。图4b示出了包括四层短管的柱面透镜的横截面。第一层和第二层具有放置在奇数圆上的管的不同取向。放置在奇数圆上的第一层的管的轴线垂直于圆指向。放置在奇数圆上的第二层的管的轴线平行于圆指向。第一层和第三层相同。第二层和第四层相同。因此，这种透镜由两种不同的层组装而成。

[0048] 在图5a和5b中示出了本发明的另一个实施例，其中柱面透镜的每一层包括成圆放置的多个短管。图5a示出了柱面透镜的第一层的顶视图，其中管被放置成圆并且其轴线垂直于该层所在的平面。图5b示出了包括六层管的柱面透镜的横截面。第一层和第四层相同。第二层和第五层相同。第三层和第六层相同。因此，这种透镜由三种不同的层组装而成。图
3a中示出了第二层和第三层的顶视图。

[0049] 在图6a和6b中示出了本发明的另一个实施例，其中柱面透镜的每一层包括成圆放置且具有其轴线的两个正交取向的多个短管。图6a示出了柱面透镜的第一层的顶视图，其中管形成图1e和1f所示的结构。将管成圆放置，并且每个圆包含具有垂直于层所在的平面的轴线的管和具有平行于层所在的平面的轴线的管。图6b示出了包括四层管的柱面透镜的横截面。具有平行于该层所在的平面的轴线的第一层的管沿着圆指向。具有平行于该层所在的平面的轴线的第二层的管垂直于圆定向。第一层和第三层相同。第二层和第四层相同。因此，这种透镜由两种不同的层组装而成。

[0050] 在图7a和7b中示出了本发明的另一个实施例，其中由所提供的轻质人工电磁材料制成的柱面透镜包括由通常的电介质材料制成并放置在柱面透镜中间的棒。这种棒增加了这种柱面透镜中间的Dk，并为形成透镜的轻质介电片材提供机械支撑。棒可以是圆柱形的，或者可以具有多边形或多束星形的横截面。图7a和7b所示的柱面透镜的层具有与图6a和6b所示的柱面透镜相同的结构。

[0051] 在图8a和8b中示出了本发明的另一个实施例，其中柱面透镜的每一层包括成圆放置具有其轴线的三个正交取向的多个短管。图8a示出了层的顶视图。放置在从透镜的外轮廓起的第一个圆上的管的轴线平行于层并垂直于圆指向。放置在从透镜的外轮廓起的第二个圆上的管的轴线平行于层并垂直于圆指向。放置在从透镜的外轮廓起的第三个圆上的管的轴线垂直于层所在的平面。形成第一个圆、第四个圆和第七个圆的管的轴线平行于圆指向。形成第二个圆、第五个圆和第八个圆的管的轴线垂直于圆指向。形成第三个圆、第六个圆和第九个圆的管的轴线垂直于层所在的平面，并且这些管比形成层的其他管短。图8b示出了包含图8a所示的四个相同层的柱面透镜的横截面。因此，这种透镜仅由一种类型的层组装而成。

[0052] 在一个实例中，导电管的直径比工作频率的波长小约二十倍，以提供人工电磁材料的性质对频率的可接受的依赖性。取决于人工电磁材料的期望性质，导电管的长度可以是其相应直径的0.2‑5.0倍。

[0053] 所提供的人工电磁材料的密度主要取决于管的重量和轻质电介质材料的密度。例3
如，聚乙烯泡沫的密度在40‑100kg/m 的范围内。直径为6mm且壁厚为0.1mm的铝管具有
3 3
180kg/m的密度。所提供的包含这种管和聚乙烯泡沫的人工电磁材料具有约140kg/m的密度，并且当管和层之间的距离为约1mm时，介电常数为约2.5。该材料的磁导率约为0.75，延迟系数n约为1.37。

[0054] 柱面透镜由三种含有六边形晶格管的泡沫聚乙烯片材组装而成。如图2a所示，设置在第一片材中的管的轴线平行于透镜的纵向轴线指向。如图2b和2c所示，设置在第二片材和第三片材中的管的轴线垂直于透镜的纵向轴线指向。设置在第二片材和第三片材中的管的轴线彼此垂直地指向。如图2d所示，包含管的片材由没有管的泡沫聚乙烯片材分开。在直径为350mm且壁厚为2mm的玻璃纤维管内组装片材，并在设置在长度为400mm的玻璃纤维管的边缘处的顶盖和底盖之间将片材压在一起。这种透镜由一个发射两个斜极化的辐射器出射，使辐射器的增益提高2.5dB并且在1.7‑2.2GHz频率范围内提供低于16dB的交叉极化。这样的结果证明了这样提供的人工电磁材料的示例的性质。

[0055] 可以由所提供的人工电磁材料产生的一组聚焦透镜不受上述实施例的限制。聚焦透镜层也可以由其他结构形成。例如，通过图1g和1h所示的结构，其中形成每行的管的轴线指向三个正交方向。如果将形成柱面透镜的一层的管放置成圆，则每个圆可以包含具有轴线的三个正交方向的管。这种透镜可以仅由一种类型的层组装而成。形成层的管可以是相同的或具有不同的尺寸。管之间的距离可以相等并且沿着层形成提供永久n的结构。管之间的距离可以不相等，并且沿着层形成提供不同n的若干区域。新西兰专利申请752904的图5‑7中所示的这些层由具有垂直于该层的轴线的管形成。因为n取决于穿过材料的电磁波的方向与管的轴线之间的角度，所以这种人工电磁材料不适合于需要各向同性电介质材料为电磁波的任何方向和极化提供相同的n值的许多应用。所提供的含有具有例如轴线的三个正交方向的管的人工电磁材料适合于制造球形伦伯透镜，其必须由对于电磁波的任何方向和极化具有相同n的各向同性电介质材料制成。

[0056] 在随后的权利要求和本发明的前述说明书中，除非上下文由于明确的语言或必要的暗示而另有要求，否则词语“包括(comprise)”或其变体诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”以包含性的意义使用，即，在本发明的各种实施例中指定所述特征的存在，但不排除其他特征的存在或添加。

[0057] 应当理解，如果本文引用任何现有技术公开，则这种引用并不构成承认该公开在任何国家形成本领域公知常识的一部分。