專利名稱：一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異向介質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
異向介質(zhì)是20世紀90年代末期出現(xiàn)的一種新型周期結(jié)構(gòu)的人工電磁媒質(zhì)，它同時具有負值的介電常數(shù)和負值的磁導率，導致在該媒質(zhì)中傳播的電磁波的電場E，磁場H以及波矢量k三者構(gòu)成左手系，而不是遵循常規(guī)媒質(zhì)的右手法則，故而其又被稱為異向介質(zhì)。異向介質(zhì)的概念雛形需要追溯到20世紀60年代，前蘇聯(lián)物理學家Veselago首次從理論上對它進行了研究，并且預言了異向介質(zhì)具有一系列超常規(guī)的電磁特性，包括左手特性，負折射特性，逆多普勒效應(yīng)，逆切倫科夫輻射效應(yīng)等。由于自然界中并沒有發(fā)現(xiàn)異向介質(zhì)，所以異向介質(zhì)理論在此后近三十年的時間里缺乏實驗證實一直停留在理論的層面。2000年Smith基于Pendry的研究結(jié)果通過將細導線陣列與開口方環(huán)陣列合理布局，歷史上第一次制造出了異向介質(zhì)，這一突破性成果使得該領(lǐng)域的研究進入了實質(zhì)性階段。然而上述的異向介質(zhì)因其結(jié)構(gòu)復雜、帶寬窄、損耗大以及體積大的問題使其距離實際應(yīng)用有較大的差距。
基于這種狀況，很多學者在新型異向介質(zhì)設(shè)計方面展開研究。到目前為止已經(jīng)有多種新型結(jié)構(gòu)的異向介質(zhì)被設(shè)計、制造出來，其中包括傳輸線結(jié)構(gòu)異向介質(zhì)，結(jié)構(gòu)單元為Ω形的異向介質(zhì)，開口方環(huán)結(jié)構(gòu)的異向介質(zhì)，結(jié)構(gòu)單元為S型、雙S形的異向介質(zhì)，結(jié)構(gòu)單元為螺旋型的異向介質(zhì)，由CLSs和CLLs相交替構(gòu)成的異向介質(zhì)等。雖然異向介質(zhì)的新型結(jié)構(gòu)層出不窮，但是它們可以歸納為兩大類一類是基于Smith教授的開口方環(huán)結(jié)構(gòu)的改進或者衍生結(jié)構(gòu)，另一類是基于傳輸線結(jié)構(gòu)異向介質(zhì)改進或衍生結(jié)構(gòu)，尤其需要指出的是，傳輸線結(jié)構(gòu)異向介質(zhì)由于其更多地以一種具有異向介質(zhì)電磁特性的傳輸線的形式被應(yīng)用，因此其又被稱為異向介質(zhì)傳輸線。最初的異向介質(zhì)的相對帶寬很窄(約0.5％)，尺寸較大(約0.2個波長)，而且不宜于加工，經(jīng)過持續(xù)的改良和衍生之后性能已經(jīng)有了很大的改善。例如由陳抗生等學者在2005年提出的結(jié)構(gòu)單元為雙S形的左手介質(zhì)，其工作頻帶從10～16GHz，相對帶寬達到46％；Smith等人在2004年通過優(yōu)化SRRs和細導線尺寸，設(shè)計出了單元損耗小于0.3dB的低損耗左手介質(zhì)。然而遺憾的是這些結(jié)構(gòu)單元在應(yīng)用方面仍然存在較大的限制，因為為了能夠激發(fā)出單元結(jié)構(gòu)的負介電常數(shù)和負磁導率，這些單元結(jié)構(gòu)對電場和磁場的方向都有嚴格的要求，導致這些異向介質(zhì)單元只有在腔體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場合容易獲得激發(fā)條件，而對于微波或毫米波平面電路器件的應(yīng)用場合則不如異向介質(zhì)傳輸線方便，然而這種單元結(jié)構(gòu)的電尺寸比較大，有的甚至接近0.2個波長。傳統(tǒng)的異向介質(zhì)傳輸線和早期的異向介質(zhì)在本質(zhì)上是一致的。因為在傳輸線結(jié)構(gòu)的等效電路中，通常能夠得到串聯(lián)的等效電感和并聯(lián)的等效電容，它們其實代表了傳輸線的有效磁導率和有效介電常數(shù)，因此只要能用傳輸線實現(xiàn)負值的等效電感和負值的等效電容即可，而負的電感本質(zhì)上就是電容，負的電容本質(zhì)上就是電感，因此只要能在傳輸線的等效電路中實現(xiàn)串聯(lián)的電容和并聯(lián)的電感就可以實現(xiàn)左手傳輸線。但是要獲得串聯(lián)的等效電容和并聯(lián)的等效電感并不容易，目前有些異向介質(zhì)傳輸線為了獲得它們甚至借助LTCC等昂貴的技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的異向介質(zhì)傳輸線電尺寸大、加工困難、成本高、帶寬窄的問題，本發(fā)明提供了一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線。
本發(fā)明的寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線由至少一個異向介質(zhì)單元構(gòu)成，每個異向介質(zhì)單元是由第一層介質(zhì)板、第二層介質(zhì)板和底層金屬箔沖壓在一起構(gòu)成的；所述第一層介質(zhì)板的上表面的中間沿Y方向刻蝕有一個金屬條帶，所述第一層介質(zhì)板的上表面的中間沿X方向刻蝕有第一C形金屬方環(huán)和第二C形金屬方環(huán)，所述第一C形金屬方環(huán)和所述第二C形金屬方環(huán)以所述金屬條帶為對稱軸對稱設(shè)置，所述第一層介質(zhì)板的下表面與第二層介質(zhì)板的上表面相接觸；所述第二層介質(zhì)板的上表面的中間沿X方向刻蝕有第三C形金屬方環(huán)和第四C形金屬方環(huán)，所述第三C形金屬方環(huán)位于所述第一C形金屬方環(huán)的下方，且第三C形金屬方環(huán)與第一C形金屬方環(huán)的開口方向相反，所述第四C形金屬方環(huán)位于所述第二C形金屬方環(huán)的下方，且第四C形金屬方環(huán)和第二C形金屬方環(huán)的開口方向相反，所述第二層介質(zhì)板的下表面與所述底層金屬箔的上表面相接觸；所述底層金屬箔上設(shè)置有兩個大小相同且相互連通的方形通孔，所述底層金屬箔的兩個方形通孔分別位于所述第三C形金屬方環(huán)和第四C形金屬方環(huán)的下方。當異向介質(zhì)傳輸線由兩個及兩個以上異向介質(zhì)單元構(gòu)成時，多個異向介質(zhì)單元沿金屬條帶的長度方向相互串聯(lián)在一起，即多個異向介質(zhì)單元沿Y方向相互串聯(lián)在一起。
本發(fā)明在空間結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，底層金屬箔為非理想接地結(jié)構(gòu)，是光子帶隙結(jié)構(gòu)的一種發(fā)展形式。本發(fā)明可以通過傳統(tǒng)的PCB加工工藝來實現(xiàn)，完全適合大批量低成本生產(chǎn)。本發(fā)明的異向介質(zhì)傳輸線具有雙通頻帶特性，單元體積小、加工容易、成本低廉，且?guī)拰挕p耗小，其在微波毫米波電路器件上具有良好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的異向介質(zhì)單元側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的異向介質(zhì)單元立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的第一層介質(zhì)板1的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明的第二層介質(zhì)板2的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是本發(fā)明的底層金屬箔3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1至圖5，本具體實施方式
的寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線由多個異向介質(zhì)單元構(gòu)成，每個異向介質(zhì)單元是由第一層介質(zhì)板1、第二層介質(zhì)板2和底層金屬箔3沖壓在一起構(gòu)成的，如圖2所示；如圖3所示，所述第一層介質(zhì)板1的上表面的中間沿Y方向刻蝕有一個金屬條帶1-1，所述第一層介質(zhì)板1的上表面的中間沿X方向刻蝕有第一C形金屬方環(huán)1-3和第二C形金屬方環(huán)1-2，所述第一C形金屬方環(huán)1-3和所述第二C形金屬方環(huán)1-2以所述金屬條帶1-1為對稱軸對稱設(shè)置，所述第一層介質(zhì)板1的下表面與第二層介質(zhì)板2的上表面相接觸；如圖4所示，所述第二層介質(zhì)板2的上表面的中間沿X方向刻蝕有第三C形金屬方環(huán)2-1和第四C形金屬方環(huán)2-2，所述第三C形金屬方環(huán)2-1位于所述第一C形金屬方環(huán)1-3的下方，且第三C形金屬方環(huán)2-1與第一C形金屬方環(huán)1-3的開口方向相反，所述第四C形金屬方環(huán)2-2位于所述第二C形金屬方環(huán)1-2的下方，且第四C形金屬方環(huán)2-2和第二C形金屬方環(huán)1-2的開口方向相反，所述第二層介質(zhì)板2的下表面與所述底層金屬箔3的上表面相接觸；如圖5所示，所述底層金屬箔3上設(shè)置有兩個大小相同且相互連通的方形通孔，所述底層金屬箔3的兩個方形通孔分別位于所述第三C形金屬方環(huán)2-1和第四C形金屬方環(huán)2-2的下方；多個異向介質(zhì)單元沿金屬條帶1-1的長度方向相互串聯(lián)在一起，即多個異向介質(zhì)單元沿Y方向相互串聯(lián)在一起。所述金屬條帶1-1為銅金屬條帶；所述第一C形金屬方環(huán)1-3、第二C形金屬方環(huán)1-2、第三C形金屬方環(huán)2-1和第四C形金屬方環(huán)2-2都為銅金屬方環(huán)。所述第一C形金屬方環(huán)1-3、第二C形金屬方環(huán)1-2、第三C形金屬方環(huán)2-1和第四C形金屬方環(huán)2-2的大小相同。所述第一層介質(zhì)板1、第二層介質(zhì)板2和底層金屬箔3分別被XY平面所截成的三個截面為三個大小相同的正方形。
在本具體實施方式
中，所述第一層介質(zhì)板1采用相對介電常數(shù)是10.2的RT-Duroid介質(zhì)板；所述第二層介質(zhì)板2采用相對介電常數(shù)是2.54的Teflon(鐵氟龍)介質(zhì)板；所有C形金屬方環(huán)的帶寬d1＝0.35～0.45mm、開口距離d2＝0.70～0.80mm、X方向上的長度d3＝3.10～3.20mm；所述第一層介質(zhì)板1和第二層介質(zhì)板2沿Z方向的厚度分別為0.585～0.685mm和0.49～0.59mm；如圖5所示，所述底層金屬箔3上相連通方形通孔的尺寸為d4＝0.2～0.3mm、d5＝2.45～2.55mm、d6＝1.15～1.25mm。本具體實施方式
的異向介質(zhì)傳輸線具有兩個通頻帶，其分別處于4.90～5.9GHz和6～10GHz，其相對帶寬分別為18.3％和50％，在中心頻率處其電尺寸為0.09。
具體實施方式
二本具體實施方式
與具體實施方式
一的不同點是如圖3所示，所述第一C形金屬方環(huán)1-3和第二C形金屬方環(huán)1-2的開口背向所述金屬條帶1-1；如圖4所示，所述第三C形金屬方環(huán)2-1和第四C形金屬方環(huán)2-2的開口相對。其他組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線，其特征在于所述異向介質(zhì)傳輸線由至少一個異向介質(zhì)單元構(gòu)成，每個異向介質(zhì)單元是由第一層介質(zhì)板(1)、第二層介質(zhì)板(2)和底層金屬箔(3)沖壓在一起構(gòu)成的；所述第一層介質(zhì)板(1)的上表面的中間沿Y方向刻蝕有一個金屬條帶(1-1)，所述第一層介質(zhì)板(1)的上表面的中間沿X方向刻蝕有第一C形金屬方環(huán)(1-3)和第二C形金屬方環(huán)(1-2)，所述第一C形金屬方環(huán)(1-3)和所述第二C形金屬方環(huán)(1-2)以所述金屬條帶(1-1)為對稱軸對稱設(shè)置，所述第一層介質(zhì)板(1)的下表面與第二層介質(zhì)板(2)的上表面相接觸；所述第二層介質(zhì)板(2)的上表面的中間沿X方向刻蝕有第三C形金屬方環(huán)(2-1)和第四C形金屬方環(huán)(2-2)，所述第三C形金屬方環(huán)(2-1)位于所述第一C形金屬方環(huán)(1-3)的下方，且第三C形金屬方環(huán)(2-1)與第一C形金屬方環(huán)(1-3)的開口方向相反，所述第四C形金屬方環(huán)(2-2)位于所述第二C形金屬方環(huán)(1-2)的下方，且第四C形金屬方環(huán)(2-2)和第二C形金屬方環(huán)(1-2)的開口方向相反，所述第二層介質(zhì)板(2)的下表面與所述底層金屬箔(3)的上表面相接觸；所述底層金屬箔(3)上設(shè)置有兩個大小相同且相互連通的方形通孔，所述底層金屬箔(3)的兩個方形通孔分別位于所述第三C形金屬方環(huán)(2-1)和第四C形金屬方環(huán)(2-2)的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線，其特征在于當異向介質(zhì)傳輸線由兩個及兩個以上異向介質(zhì)單元構(gòu)成時，多個異向介質(zhì)單元沿金屬條帶(1-1)的長度方向相互串聯(lián)在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線，其特征在于所述金屬條帶(1-1)為銅金屬條帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線，其特征在于所述第一C形金屬方環(huán)(1-3)、第二C形金屬方環(huán)(1-2)、第三C形金屬方環(huán)(2-1)和第四C形金屬方環(huán)(2-2)都為銅金屬方環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線，其特征在于所述第一C形金屬方環(huán)(1-3)、第二C形金屬方環(huán)(1-2)、第三C形金屬方環(huán)(2-1)和第四C形金屬方環(huán)(2-2)的大小相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線，其特征在于所述第一層介質(zhì)板(1)、第二層介質(zhì)板(2)和底層金屬箔(3)分別被XY平面所截成的三個截面為三個大小相同的正方形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線，其特征在于所述第一C形金屬方環(huán)(1-3)和第二C形金屬方環(huán)(1-2)的開口背向所述金屬條帶(1-1)；所述第三C形金屬方環(huán)(2-1)和第四C形金屬方環(huán)(2-2)的開口相對。
全文摘要
一種寬頻帶雙通帶異向介質(zhì)傳輸線，它涉及涉及異向介質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有的異向介質(zhì)傳輸線電尺寸大、加工困難、成本高、帶寬窄的問題。本發(fā)明的異向介質(zhì)傳輸線由多個異向介質(zhì)單元串聯(lián)構(gòu)成，每個異向介質(zhì)單元中第一層介質(zhì)板(1)的上表面的中間沿Y方向刻蝕有一個金屬條帶(1－1)，第一C形金屬方環(huán)(1－3)和第二C形金屬方環(huán)(1－2)以金屬條帶(1－1)為對稱軸對稱設(shè)置；第二層介質(zhì)板(2)的上表面的中間沿X方向刻蝕有第三C形金屬方環(huán)(2－1)和第四C形金屬方環(huán)(2－2)；底層金屬箔(3)上設(shè)置有兩個相同且相互連通的方形通孔。本發(fā)明的異向介質(zhì)傳輸線具有雙通頻帶特性，單元體積小、加工容易、成本低廉，且?guī)拰挕p耗小。
文檔編號H01P3/00GK1851978SQ20061001004
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日
發(fā)明者吳群, 孟繁義, 武明峰, 傅佳輝, 王海龍, 金博識 申請人:哈爾濱工業(yè)大學