一種k波段電磁雙負(fù)超材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁雙負(fù)超材料，特別是一種在常規(guī)尺寸下實(shí)現(xiàn)的K波段的電磁雙負(fù)超材料，屬于電磁“超材料”結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁雙負(fù)材料是一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)的人工合成超材料，其電場向量，磁場向量，波矢分量滿足左手定則，所以又稱為左手材料。雙負(fù)材料與自然界中其他材料的區(qū)別之一是電磁波在其中傳播時群速度與向速度相反，這種反常的電磁特性使得雙負(fù)材料呈現(xiàn)出很多超自然的物理現(xiàn)象，比如逆多普勒效應(yīng)、負(fù)折射現(xiàn)象、完美透鏡效應(yīng)、反涅爾斯定律等。雙負(fù)材料最早由前蘇聯(lián)科學(xué)家V.G.Vese Iago于上世紀(jì)60年代在理論上證實(shí)，但是當(dāng)時在自然界中并不能找到這種具有奇妙特性的物質(zhì)。直到20世紀(jì)60年代，英國科學(xué)家Penty等人提出周期型排列的導(dǎo)電金屬線和金屬諧振環(huán)(SRR)分別在一定頻率下可以實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率。以此為基礎(chǔ)，美國科學(xué)家Smith教授設(shè)計出了一種金屬桿和金屬諧振環(huán)周期性排列的復(fù)合材料，最終使其呈現(xiàn)出雙負(fù)特性。
[0003]諧振腔與金屬線組成的SRR結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)雙負(fù)材料制備的一種結(jié)構(gòu)單元。隨后提出的樹枝型結(jié)構(gòu)，矩形諧振腔結(jié)構(gòu)，雙“I”型結(jié)構(gòu)，雙“Z”型結(jié)構(gòu)等也都很好地實(shí)現(xiàn)了材料的雙負(fù)特性，但由于隨著雙負(fù)材料單元尺寸增大，其諧振頻率變小，出現(xiàn)雙負(fù)特性的頻率范圍也隨之變小。在電磁器件可以接受的尺寸上，目前提出的雙負(fù)材料出現(xiàn)雙負(fù)特性的頻率范圍集中在較低的C波段以及X波段，對于更高頻段的電磁雙負(fù)材料還沒有實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種K波段電磁雙負(fù)超材料，所述的雙負(fù)超材料基于傳統(tǒng)的諧振腔與金屬線組合的結(jié)構(gòu)，提出一種新型諧振器，該諧振器通過較小諧振腔并聯(lián)的方式，提高了諧振頻率，與矩形金屬導(dǎo)線組合形成新型雙負(fù)材料，該材料不僅在18.8Ghz(K波段)處實(shí)現(xiàn)了雙負(fù)特性，同時保證了輻射面積，使其在電磁器件中應(yīng)用時可以更好的發(fā)揮雙負(fù)特性。解決了目前的雙負(fù)材料出現(xiàn)雙負(fù)特性的頻率過高時尺寸太小而難以應(yīng)用的問題。
[0005]本發(fā)明設(shè)計方案是:一種新型諧振器與矩形金屬導(dǎo)線組合的新型雙負(fù)材料結(jié)構(gòu)，即一種K波段電磁雙負(fù)超材料，所述新型雙負(fù)材料包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板上覆蓋有一個諧振器和一條矩形金屬導(dǎo)線，所述矩形金屬導(dǎo)線豎向放置于諧振器下方，所述新型諧振器的內(nèi)部為三個金屬條組合而成的閉合正三角形，所述諧振器的外部為正六邊形結(jié)構(gòu)。所述正六邊形結(jié)構(gòu)的其中三個頂點(diǎn)與所述閉合正三角形的三個頂點(diǎn)重合，所述正六邊形結(jié)構(gòu)的另外三個頂點(diǎn)處均開設(shè)有開口，總體表現(xiàn)為三個小的諧振腔背向的組合。
[0006]根據(jù)本發(fā)明所述的K波段電磁雙負(fù)超材料，所述介質(zhì)基板為介電常數(shù)4.4的樹脂氧化玻璃纖維FR4-ep0Xy，所述諧振器和矩形金屬導(dǎo)線采取覆銅技術(shù)刻蝕在介質(zhì)基板兩側(cè)，覆銅厚度為0.1mm。
[0007]根據(jù)本發(fā)明所述的K波段電磁雙負(fù)超材料，介質(zhì)基板厚度為0.25mm。
[0008]根據(jù)本發(fā)明所述的K波段電磁雙負(fù)超材料，諧振器外部正六邊形外邊長m為2mm，組成正六邊形所用金屬條寬度w為0.3mm。
[0009]根據(jù)本發(fā)明所述的K波段電磁雙負(fù)超材料，諧振器內(nèi)部正三角形外邊長s為3.46mm，組成正三角形所用金屬條寬度w為0.3mm。
[0010]根據(jù)本發(fā)明所述的K波段電磁雙負(fù)超材料，諧振器中正六邊形三個開口的開口寬度g為0.44mm。
[0011]根據(jù)本發(fā)明所述的K波段電磁雙負(fù)超材料，矩形金屬導(dǎo)線長度為6mm，寬度為
0.3mm，厚度為0.1mm。
[0012]有益效果:
[0013](I)本發(fā)明取材方便，制備簡單，尺寸較小，無需傳統(tǒng)制備過程中的焊接工序，便于加工制作，具有極大的實(shí)用價值。
[0014](2)本發(fā)明基于傳統(tǒng)的諧振環(huán)和金屬線組合的結(jié)構(gòu)，可以同時實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)。單個諧振器也有很好地磁響應(yīng)特性，可以獨(dú)自應(yīng)用在各類電磁器件上。
[0015](3)本發(fā)明出現(xiàn)雙負(fù)特性的頻段位于高頻，結(jié)構(gòu)尺寸屬于常規(guī)尺寸，輻射面積較大，可以更好的實(shí)現(xiàn)高頻段雙負(fù)材料的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0017]圖1是新型諧振器的平面圖；
[0018]圖2是新型雙負(fù)材料的結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3是電磁波入射新型雙負(fù)材料的S參數(shù)(dB)幅度圖；
[0020]圖4是新型雙負(fù)材料等效磁導(dǎo)率幅度圖；
[0021 ]圖5是新型雙負(fù)材料等效介電常數(shù)幅度圖。
[0022]圖中，I為介質(zhì)基板，2為矩形金屬導(dǎo)線，3為諧振器
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明新型雙負(fù)材料包括介質(zhì)基板和覆蓋在介質(zhì)基板上的新型諧振器和矩形金屬導(dǎo)線，如圖1，所述新型諧振器由三個小的三角形諧振腔背向組合而成，每個小諧振腔均有一個開口，與之相對的三條三角形的邊組成一個大的閉合正三角形。所述矩形金屬導(dǎo)線刻蝕在介質(zhì)基板的另一側(cè)，與諧振器外圍六邊形的兩個邊平行，并且位于所平行的兩條邊的中間位置，總體呈對稱結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明優(yōu)選實(shí)例詳情如下:
[0025]如圖2，本例實(shí)施的K波段電磁雙負(fù)超材料由介質(zhì)基板和刻蝕在介質(zhì)基板兩側(cè)的諧振器和矩形金屬導(dǎo)線組成。諧振器由三個小的諧振腔背向組合而成，內(nèi)部形成閉合正三角形結(jié)構(gòu)，外部呈現(xiàn)為正六邊形結(jié)構(gòu)，諧振器厚度為0.1mm，所用材料為銅。諧振器外部正六邊形的外邊長為2mm，組成正六邊形的金屬條寬度為0.3mm。諧振器內(nèi)部的正三角形外邊長為3.46mm，組成正三角形的金屬條寬度為0.3mm。諧振器正六邊形的三個開口的開口寬度均為
0.44mm。介質(zhì)基板另一側(cè)矩形金屬導(dǎo)線長度為6mm，寬度為0.3_，厚度為0.1mm，所用材料為銅。
[0026]電磁波垂直入射介質(zhì)基板時，圖3是電磁波入射新型雙負(fù)材料的S參數(shù)(dB)幅度圖，圖4是新型雙負(fù)材料等效磁導(dǎo)率幅度圖，圖5是新型雙負(fù)材料等效介電常數(shù)幅度圖，該結(jié)構(gòu)在18.8GHz時出現(xiàn)雙負(fù)通帶，介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)。
[0027]本申請?zhí)岢龅腒波段電磁雙負(fù)超材料由新型諧振器和矩形金屬導(dǎo)線組成，通過加載等效電容和等效電感實(shí)現(xiàn)復(fù)合左右手傳輸線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)。通過較小諧振腔并聯(lián)的方式，在較大尺寸下實(shí)現(xiàn)了 K頻段的雙負(fù)條件。這種材料在電磁器件上應(yīng)用時，既實(shí)現(xiàn)了高頻段的雙負(fù)特性，又保證了輻射面積，可以應(yīng)用在微帶天線等電磁器件上。
【主權(quán)項】
1.一種K波段電磁雙負(fù)超材料，其特征在于:所述K波段電磁雙負(fù)超材料包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板上覆蓋有一個諧振器和一條矩形金屬導(dǎo)線，所述矩形金屬導(dǎo)線豎向放置于諧振器下方，所述諧振器的內(nèi)部為三個金屬條組合而成的閉合正三角形，所述諧振器的外部為正六邊形結(jié)構(gòu)，所述正六邊形結(jié)構(gòu)的其中三個頂點(diǎn)與所述閉合正三角形的三個頂點(diǎn)重合，所述正六邊形結(jié)構(gòu)的另外三個頂點(diǎn)處均設(shè)有開口，總體表現(xiàn)為三個小的諧振腔背向的組合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的K波段電磁雙負(fù)超材料，其特征在于所述介質(zhì)基板為介電常數(shù)4.4的環(huán)氧樹脂玻璃纖維板FR4-ep0Xy，所述諧振器和矩形金屬導(dǎo)線均采取覆銅技術(shù)刻蝕在介質(zhì)基板的兩側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的K波段電磁雙負(fù)超材料，其特征在于所述諧振器厚度為0.1mm，諧振器外部正六邊形結(jié)構(gòu)的外邊長為2mm，組成正六邊形所用金屬條寬度為0.3mm;諧振器內(nèi)部正三角形的外邊長為3.46mm，組成正三角形所用金屬條寬度為0.3mm;諧振器外部正六邊形的三個開口的開口寬度為0.44mm，所述矩形金屬導(dǎo)線長度為6mm，寬度為0.3mm，厚度為0.1mnin4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的K波段電磁雙負(fù)材料，其特征在于介質(zhì)基板厚度為0.25mm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種K波段電磁雙負(fù)超材料，包括介質(zhì)基板和覆蓋在介質(zhì)基板上的一個新型諧振器與一條矩形金屬導(dǎo)線。所述新型諧振器包括內(nèi)部的三個金屬條組合而成的一個閉合正三角形，外部為具有三個開口的正六邊形的結(jié)構(gòu)。閉合三角形與六邊形的三個頂點(diǎn)重合，六邊形未與三角形重合的三個頂點(diǎn)上各有一個開口。總體表現(xiàn)為三個小的諧振腔背向的組合。基于傳統(tǒng)的諧振腔與矩形金屬導(dǎo)線組合的結(jié)構(gòu)，提出一種新型諧振器，該諧振器通過較小諧振腔并聯(lián)的方式，提高了諧振頻率，與矩形金屬導(dǎo)線組合形成新型雙負(fù)材料，該材料不僅在18.8Ghz(K波段)處實(shí)現(xiàn)了雙負(fù)特性，同時保證了輻射面積，使其在電磁器件中應(yīng)用時可以更好的發(fā)揮雙負(fù)特性。
【IPC分類】H01Q13/08, H01Q1/38
【公開號】CN105552542
【申請?zhí)枴緾N201610022528
【發(fā)明人】劉曉陽, 焦新光
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月14日