專利名稱：可調(diào)諧層狀微波左手材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種左手材料，特別涉及一種透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的層狀微波左手材料。
背景技術(shù)：
左手材料(left-handed metamaterials)是一種自然界中不存在的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，在某一頻段內(nèi)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)，在其中傳播的電磁波的相速度和群速度方向相反，從而呈現(xiàn)出許多新穎的光學(xué)特性，如反常Doppler效應(yīng)、反常Cherenkov效應(yīng)、完美透鏡效應(yīng)、負(fù)折射效應(yīng)等。因而在無線電通信、超敏感傳感器、醫(yī)學(xué)診斷成像等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前研究者所設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率的開口諧振環(huán)多為圓形和方形；材料的微波電磁諧振行為，即其微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度不可調(diào)節(jié)，這為其實(shí)際應(yīng)用帶來了很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)諧層狀微波左手材料。其結(jié)構(gòu)單元為金屬六邊形開口諧振環(huán)和金屬線。相同幾何參數(shù)結(jié)構(gòu)單元按照一定的周期排列成層狀材料，該材料在開口諧振環(huán)的諧振頻率附近一頻率段內(nèi)具有左手特性。通過將某些結(jié)構(gòu)單元替換為不同幾何參數(shù)結(jié)構(gòu)單元，即引入缺陷諧振環(huán)使得材料的微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的層狀微波左手材料。


圖1 單層可調(diào)微波左手材料樣品。
圖2 主諧振環(huán)為SRRs(d1/d2＝1.6/3.0mm)，點(diǎn)缺陷分別為空位、SRRs(d1/d2＝1.0/3.4mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/4.6mm)的單層微波左手材料的微波透射曲線。
圖3 主諧振環(huán)為SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)，點(diǎn)缺陷分別為空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)、SRRs(d1/d2＝1.0/3.4mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/4.0mm)的單層微波左手材料的微波透射曲線。
圖4 主諧振環(huán)為SRRs(d1/d2＝2.0/4.0mm)，點(diǎn)缺陷分別為空位、SRRs(d1/d2＝2.0/2.5mm)的層數(shù)為2的微波左手材料的微波透射曲線。
圖5 主諧振環(huán)為SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)，點(diǎn)缺陷分別為SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/3.0mm)的層數(shù)為3的微波左手材料的微波透射曲線。
圖6 主諧振環(huán)為SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)，線缺陷分別為空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)、SRRs(d1/d2＝1.0/3.0mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/4.2mm)的層數(shù)為3的微波左手材料的微波透射曲線。
具體實(shí)施例方式
采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為0.8mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板某一面上刻蝕出金屬銅開口諧振環(huán)陣列，其中心間距為3.0～10.0mm，內(nèi)環(huán)的內(nèi)切圓直徑為1.0～3.0mm，外環(huán)的內(nèi)切圓直徑為2.0～4.0mm，開口g＝0.1～1.0mm，線寬為c＝0.3mm，諧振環(huán)厚度為0.02mm；在PCB基板另一面刻蝕出平行金屬銅線陣列，其中心間距為3.0～10.0mm，長度為0.6～10.0mm，線寬為0.1～0.5mm，厚度為0.01～0.03mm；將某些結(jié)構(gòu)單元中的開口諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的諧振環(huán)替換，缺陷諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑為0.6mm～4.0mm，外環(huán)內(nèi)切圓直徑為1.0mm～5.0mm，開口間距為0.05mm～0.9mm，線寬為0.1mm～0.5mm，制得各種結(jié)構(gòu)單元。將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割成多個(gè)結(jié)構(gòu)單元為一列的條狀結(jié)構(gòu)，并將條狀PCB基板平行且等間距排列制得層狀微波左手材料；調(diào)節(jié)其條狀PCB基板層數(shù)為1～10，制得微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的層狀微波左手材料。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程和材料的性能由實(shí)施例和

實(shí)施例一采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為0.8mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板某一面上刻蝕出金屬銅開口諧振環(huán)陣列，其中心間距為7.0mm，內(nèi)外環(huán)的內(nèi)切圓直徑分別為1.6mm和3.0mm，開口g＝0.3mm，線寬為c＝0.3mm，諧振環(huán)厚度為0.02mm；在PCB基板另一面刻蝕出平行金屬銅線陣列，其中心間距為7.0mm，長度為9.9mm，線寬為1.6mm，厚度為0.02mm；將條中心結(jié)構(gòu)單元中的開口諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的諧振環(huán)替換，缺陷諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑為1.0mm，外環(huán)內(nèi)切圓直徑分別為3.4mm和4.6mm，開口間距為0.3mm，線寬為0.3mm，制得各種結(jié)構(gòu)單元。將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割成7個(gè)結(jié)構(gòu)單元為一列的條狀結(jié)構(gòu)，制得微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的層數(shù)為1的微波左手材料。樣品的微波透射曲線如附圖2所示。
實(shí)施例二采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為0.8mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板某一面上刻蝕出金屬銅開口諧振環(huán)陣列，其中心間距為7.0mm，內(nèi)外環(huán)的內(nèi)切圓直徑分別為1.0mm和2.6mm，開口g＝0.3mm，線寬為c＝0.3mm，諧振環(huán)厚度為0.02mm；在PCB基板另一面刻蝕出平行金屬銅線陣列，其中心間距為7.0mm，長度為9.9mm，線寬為0.5mm，厚度為0.02mm；將條中心結(jié)構(gòu)單元中的開口諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的諧振環(huán)替換，缺陷諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑為1.0mm，外環(huán)內(nèi)切圓直徑分別為2.2mm，3.4mm和4.0mm，開口間距為0.3mm，線寬為0.3mm，制得各種結(jié)構(gòu)單元。將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割成7個(gè)結(jié)構(gòu)單元為一列的條狀結(jié)構(gòu)，制得微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的層數(shù)為1的微波左手材料。樣品的微波透射曲線如附圖3所示。
實(shí)施例三采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為0.8mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板某一面上刻蝕出金屬銅開口諧振環(huán)陣列，其中心間距為7.0mm，內(nèi)外環(huán)的內(nèi)切圓直徑分別為2.0mm和4.0mm，開口g＝0.3mm，線寬為c＝0.3mm，諧振環(huán)厚度為0.02mm；在PCB基板另一面刻蝕出平行金屬銅線陣列，其中心間距為7.0mm，長度為9.9mm，線寬為1.6mm，厚度為0.02mm；將條中心結(jié)構(gòu)單元中的開口諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的諧振環(huán)替換，缺陷諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑為2.0mm，外環(huán)內(nèi)切圓直徑分別為2.5mm，開口間距為0.3mm，線寬為0.3mm，制得各種結(jié)構(gòu)單元。將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割成7個(gè)結(jié)構(gòu)單元為一列的條狀結(jié)構(gòu)，并將2條PCB基板平行且以間距7.0mm排列制得微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的層數(shù)為2的微波左手材料。樣品的微波透射曲線如附圖4所示。
實(shí)施例四采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為0.8mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板某一面上刻蝕出金屬銅開口諧振環(huán)陣列，其中心間距為7.0mm，內(nèi)外環(huán)的內(nèi)切圓直徑分別為1.0mm和2.6mm，開口g＝0.3mm，線寬為c＝0.3mm，諧振環(huán)厚度為0.02mm；在PCB基板另一面刻蝕出平行金屬銅線陣列，其中心間距為7.0mm，長度為9.9mm，線寬為0.5mm，厚度為0.02mm；將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割成7個(gè)結(jié)構(gòu)單元為一列的條狀結(jié)構(gòu)，將3條PCB基板平行且等間距5mm排列制得層數(shù)為3的微波左手材料。將中間條中心結(jié)構(gòu)單元中的開口諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的點(diǎn)諧振環(huán)替換，缺陷諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑為1.0mm，外環(huán)內(nèi)切圓直徑為2.0mm和3.0mm，開口間距為0.3mm，線寬為0.3mm，制得微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的層數(shù)為3的微波左手材料。樣品的微波透射曲線如附圖5所示。
實(shí)施例五采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為0.8mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板某一面上刻蝕出金屬銅開口諧振環(huán)陣列，其中心間距為7.0mm，內(nèi)外環(huán)的內(nèi)切圓直徑分別為1.0mm和2.6mm，開口g＝0.3mm，線寬為c＝0.3mm，諧振環(huán)厚度為0.02mm；在PCB基板另一面刻蝕出平行金屬銅線陣列，其中心間距為7.0mm，長度為9.9mm，線寬為0.5mm，厚度為0.02mm；將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割成7個(gè)結(jié)構(gòu)單元為一列的條狀結(jié)構(gòu)，將3條PCB基板平行且等間距5mm排列制得層數(shù)為3的微波左手材料。將每條中心結(jié)構(gòu)單元中的開口諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的諧振環(huán)替換，缺陷諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑為1.0mm，外環(huán)內(nèi)切圓直徑為2.0mm、3.0mm和4.2mm，開口間距為0.3mm，線寬為0.3mm，制得微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的層數(shù)為3的微波左手材料。樣品的微波透射曲線如附圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧層狀微波左手材料，該材料的結(jié)構(gòu)單元由金屬開口諧振環(huán)和金屬線組成，分別位于環(huán)氧酚醛玻璃纖維板兩表面，其主要特征是開口諧振環(huán)由可以產(chǎn)生電磁波諧振的內(nèi)外金屬開口環(huán)組成，由內(nèi)外環(huán)幾何參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)左手材料的透射帶寬、透射峰頻率和透射峰強(qiáng)度的可調(diào)控性。
2.如權(quán)利要求1所述可調(diào)諧層狀微波左手材料，其特征是金屬開口諧振環(huán)為六邊形，內(nèi)環(huán)的內(nèi)切圓直徑為1.0mm～3.0mm，外環(huán)的內(nèi)切圓直徑為2.0mm～4.0mm，開口間距為0.1mm～0.5mm，線寬為0.1mm～0.5mm，諧振環(huán)厚度為0.01mm～0.03mm。
3.如權(quán)利要求1所述可調(diào)諧層狀微波左手材料，其特征是金屬線的長度為0.6～10.0mm，線寬為0.1mm～0.5mm，厚度為0.01mm～0.03mm。
4.如權(quán)利要求1所述可調(diào)諧層狀微波左手材料，其特征是制備過程包括以下幾個(gè)步驟(1)采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為0.3～1.2mm環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板兩表面上分別刻蝕出金屬銅開口諧振環(huán)和金屬銅線結(jié)構(gòu)單元陣列，結(jié)構(gòu)單元中心間距3.0～10.0mm；(2)將某些結(jié)構(gòu)單元的開口諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的諧振環(huán)替換，缺陷諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑為0.6mm～4.0mm，外環(huán)內(nèi)切圓直徑為1.0mm～5.0mm，開口間距為0.05mm～0.9mm，線寬為0.1mm～0.5mm，制得各種結(jié)構(gòu)單元；(3)將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割成多個(gè)結(jié)構(gòu)單元為一列的條狀結(jié)構(gòu)，并將條狀PCB基板平行且等間距排列制得層狀微波左手材料；(4)調(diào)節(jié)其條狀PCB基板層數(shù)為1～10，制得透射帶寬達(dá)1160MHz，透射峰頻率在8820MHz～9000MHz范圍內(nèi)可調(diào)控，透射峰強(qiáng)度可在-19dB～-38dB范圍內(nèi)變化的左手材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種層狀微波左手材料，特別涉及一種透射帶寬、頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的層狀微波左手材料。與以往材料相比，本發(fā)明左手材料的結(jié)構(gòu)單元為金屬六邊形開口諧振環(huán)和金屬線；由內(nèi)外環(huán)幾何參數(shù)可以調(diào)控結(jié)構(gòu)單元的諧振頻率和諧振強(qiáng)度；通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)單元中的開口諧振環(huán)的幾何參數(shù)，即引入缺陷諧振環(huán)可以制得可調(diào)諧層狀微波左手材料。所制備材料的微波透射測試表明，左手材料的透射帶寬可達(dá)1160MHz，透射峰的頻率在8820MHz～9000MHz頻段內(nèi)可調(diào)控，透射峰的強(qiáng)度可在－19dB～－38dB范圍內(nèi)變化。
文檔編號G02F1/35GK1690828SQ20041002606
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者趙曉鵬, 趙乾, 康雷, 宋娟, 付全紅, 羅春榮 申請人:西北工業(yè)大學(xué)