具有非對稱傳輸特性的雙l型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有電磁特性的人工復(fù)合微結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種具有非對稱傳 輸特性的人工復(fù)合微結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于電磁通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 超材料是一種具有自然界材料所不具備的超常物理性質(zhì)的一種人工復(fù)合結(jié)構(gòu)。手 征超材料通過周期性排列的人工微結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)一些特殊的電磁特性，比如負(fù)折射率、非 對稱傳輸。
[0003] 目前，手征超材料一般由多個疊加在一起的超材料片層構(gòu)成。每一個超材料片層 由金屬微結(jié)構(gòu)或介質(zhì)基板構(gòu)成。超材料的電磁響應(yīng)是由人工微結(jié)構(gòu)的形狀和結(jié)構(gòu)尺寸決定 的。通過微結(jié)構(gòu)之間的耦合效應(yīng)，得到一些特殊的電磁響應(yīng)。通常人工微結(jié)構(gòu)的尺寸是產(chǎn) 生電磁響應(yīng)的電磁波長的十分之一左右。
[0004] 隨著超材料的日益發(fā)展，人們根據(jù)不同的微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了自然界材料所不具有的 電磁特性，例如負(fù)折射、隱身斗篷、完美透鏡。隨著超材料的進(jìn)一步深入研宄，超材料將具 有更多的新的電磁特性。手征超材料的結(jié)構(gòu)特性以及它特有的旋光效應(yīng)使其為負(fù)折射材料 研宄開啟了新的篇章，成為負(fù)折射率材料研宄的一個新課題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種 具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)，通過L型金屬片的旋轉(zhuǎn)，獲得了不 同的位置關(guān)系，從而得到了一種新的雙L型手征結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與其鏡像不對稱，通過電磁仿 真軟件CST模擬驗(yàn)證本發(fā)明微單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了良好的非對稱傳輸特性。
[0006] 為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 一種具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)基板、設(shè)置于 介質(zhì)基板上表面的正面人工金屬微結(jié)構(gòu)和設(shè)置于介質(zhì)基板下表面上的背面人工金屬微結(jié) 構(gòu)，正面人工金屬微結(jié)構(gòu)由設(shè)置于介質(zhì)基板上表面的兩個L形金屬片構(gòu)成，形成平面式結(jié) 構(gòu)，此兩個L型的金屬片不相連，且此兩個L形金屬片中的一個L形金屬片繞著中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn) 180度后與另外一個L形金屬片重合，背面人工金屬微結(jié)構(gòu)是由正面人工金屬微結(jié)構(gòu)經(jīng)過 空間旋轉(zhuǎn)得到的，背面人工金屬微結(jié)構(gòu)和正面人工金屬微結(jié)構(gòu)所在的平面形成空間平行關(guān) 系，背面人工金屬微結(jié)構(gòu)和正面人工金屬微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)互相保持鏡像不對稱。
[0007] 作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，正面人工金屬微結(jié)構(gòu)在Z方向平移I. 2-2. 0mm，然后 在XY平面上旋轉(zhuǎn)90度，最后再繞著X軸旋轉(zhuǎn)180度，即得到背面人工金屬微結(jié)構(gòu)。
[0008] 作為上述技術(shù)方案優(yōu)選的技術(shù)方案，介質(zhì)基板為介電常數(shù)為2. 65的FB4-2。
[0009] 作為上述技術(shù)方案優(yōu)選的技術(shù)方案，正面人工金屬微結(jié)構(gòu)和背面人工金屬微結(jié)構(gòu) 的材料分別采用金、銀和銅中的任意一種單質(zhì)材料或任意幾種的復(fù)合材料。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)： 1. 本發(fā)明的雙L型手征超材料微結(jié)構(gòu)是通過金屬結(jié)構(gòu)之間的旋轉(zhuǎn)得到的，即介質(zhì)基 板下表面的人工金屬微結(jié)構(gòu)是上表面結(jié)構(gòu)通過繞著不同的軸平移、旋轉(zhuǎn)得到，通過改變介 質(zhì)基板上表面與下表面金屬結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，從而改變了結(jié)構(gòu)的形狀，使其具有特殊的電 磁特性； 2. 本發(fā)明微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，易于制作，在工作頻率段內(nèi)具有良好的非對稱傳輸特 性，可以廣泛的運(yùn)用于光偏轉(zhuǎn)器、光旋轉(zhuǎn)器、光隔離器等光電子設(shè)備中。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)的正面示意圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)的背面示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)的電磁仿真軟件CST模 擬測試的傳輸特性結(jié)果曲線圖。
[0014]圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)的電磁仿真軟件CST模 擬測試的非對稱諧振特性結(jié)果曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下： 在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2, 一種具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單 元結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)基板1、設(shè)置于介質(zhì)基板1上表面的正面人工銅微結(jié)構(gòu)（2, 3)和設(shè)置于介 質(zhì)基板1下表面上的背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)，介質(zhì)基板1為介電常數(shù)為2. 65的FB4-2， 正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2,3)由設(shè)置于介質(zhì)基板1上表面的兩個L形銅片構(gòu)成，形成平面式結(jié) 構(gòu)，此兩個L型的銅片不相連，且此兩個L形銅片中的一個L形銅片繞著中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度 后與另外一個L形銅片重合，背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)是由正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)經(jīng) 過空間旋轉(zhuǎn)得到的，即正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)在Z方向平移I. 2-2. 0mm，即介質(zhì)基板的 厚度為I. 2-2. 0mm，然后在XY平面上旋轉(zhuǎn)90度，最后再繞著X軸旋轉(zhuǎn)180度，即得到背面 人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)，背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)和正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)所在的平 面形成空間平行關(guān)系，背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)和正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)的結(jié)構(gòu)互 相保持鏡像不對稱。本實(shí)施例雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)通過金屬結(jié)構(gòu)之間的旋轉(zhuǎn)， 從而改變了結(jié)構(gòu)的形狀，使其具有良好的非對稱傳輸特性。
[0016] 在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2,本實(shí)施雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)包括三個 部分，介質(zhì)基板1、背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)和正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)。介質(zhì)基板表面 的微結(jié)構(gòu)由兩個L型的金屬片構(gòu)成。本實(shí)施例介質(zhì)基板1上下表面人工金屬微結(jié)構(gòu)互為由 介質(zhì)基板不同表面人工金屬微結(jié)構(gòu)通過平移、旋轉(zhuǎn)得到。各金屬片之間的相互耦合，可實(shí)現(xiàn) 非對稱傳輸。通過改變介質(zhì)基板厚度，金屬片寬度，雙L之間縫隙寬度可調(diào)節(jié)傳輸系數(shù)幅值 以及諧振頻率大小。經(jīng)過設(shè)計、CST仿真以及優(yōu)化，最終得到優(yōu)化的雙L型手征超材料結(jié)構(gòu) 參數(shù)： L=8. 6mm,a=IOmmjw=0. 8mm; 基于以上分析設(shè)計的雙L型手征超材料，其工作頻率為4-20GHz，CST仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。在工作頻率范圍內(nèi)，傳輸系數(shù)
【主權(quán)項】
1. 一種具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)基板（1 )、設(shè) 置于介質(zhì)基板（1)上表面的正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2,3)和設(shè)置于介質(zhì)基板（1)下表面上的 背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)，其特征在于；所述正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)由設(shè)置于所述介 質(zhì)基板（1)上表面的兩個L形金屬片構(gòu)成，形成平面式結(jié)構(gòu)，此所述兩個L型的金屬片不相 連，且此所述兩個L形金屬片中的一個L形金屬片繞著中屯、點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度后與另外一個L形 金屬片重合，所述背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)是由所述正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)經(jīng)過空 間旋轉(zhuǎn)得到的，所述背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)和所述正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)所在的 平面形成空間平行關(guān)系，所述背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)和所述正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2， 3)的結(jié)構(gòu)互相保持鏡像不對稱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)，其特 征在于：所述正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)在Z方向平移1. 2-2. 0mm，然后在XY平面上旋轉(zhuǎn) 90度，最后再繞著X軸旋轉(zhuǎn)180度，即得到所述背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)， 其特征在于；所述介質(zhì)基板（1)為介電常數(shù)為2. 65的FB4-2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)， 其特征在于；所述正面人工金屬微結(jié)構(gòu)（2, 3)和所述背面人工金屬微結(jié)構(gòu)（4, 5)的材料分 別采用金、銀和銅中的任意一種單質(zhì)材料或任意幾種的復(fù)合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有非對稱傳輸特性的雙L型手征超材料的微單元結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)基板，介質(zhì)基板上表面人工金屬微結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板下表面人工金屬微結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板上表面人工金屬微結(jié)構(gòu)由兩個大小尺寸相同的L型金屬片構(gòu)成，兩個L型金屬片繞著中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度重合，介質(zhì)基板下表面的人工金屬微結(jié)構(gòu)是上表面結(jié)構(gòu)通過繞著不同的軸平移、旋轉(zhuǎn)得到的。通過改變介質(zhì)基板上表面與下表面金屬結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，使其具有特殊的電磁特性。本發(fā)明微單元結(jié)構(gòu)簡單，易于制作，在工作頻率段內(nèi)具有良好的非對稱傳輸特性，可以廣泛的運(yùn)用于光偏轉(zhuǎn)器、光旋轉(zhuǎn)器、光隔離器等光電子設(shè)備中。
【IPC分類】H01Q15-02
【公開號】CN104600434
【申請?zhí)枴緾N201410827371
【發(fā)明人】肖中銀, 劉德君, 馬孝龍, 馬全問, 徐曉雪, 王子華
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月26日