專利名稱：可調(diào)諧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)用價值。目前研究者所設(shè)計的實現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率的開口諧振環(huán)(SRRs)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)諧的微波左手材料，其結(jié)構(gòu)單元為金屬六邊形開口諧振環(huán)組與金屬線的組合。相同幾何參數(shù)結(jié)構(gòu)單元按照一定的周期構(gòu)成基底左手材料，通過將某些結(jié)構(gòu)單元中的基底諧振環(huán)替換為不同幾何參數(shù)的缺陷諧振環(huán)，得到微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的微波左手材料。


圖1 單條可調(diào)諧微波左手材料樣品。
圖2 基底諧振環(huán)為SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)，點缺陷分別為空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/2.4mm)的微波左手材料的微波透射曲線。
圖3 基底諧振環(huán)為SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)，線缺陷I分別為空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)、SRRs(d1/d2＝1.0/2.4mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)的微波左手材料的微波透射曲線。
圖4 基底諧振環(huán)為SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)，線缺陷II分別為空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/2.4mm)的微波左手材料的微波透射曲線。
圖5 基底諧振環(huán)為SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)，線缺陷III分別為空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)、SRRs(d1/d2＝1.0/2.4mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)的微波左手材料的微波透射曲線。
具體實施例方式
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基底金屬銅開口諧振環(huán)陣列；該陣列以內(nèi)外環(huán)開口連線方向為列方向，其垂直方向為行方向，列方向諧振環(huán)中心間距為2.7～3.7mm，行方向諧振環(huán)中心間距為3.0～10.0mm；基底諧振環(huán)內(nèi)環(huán)的內(nèi)切圓直徑為1.0～1.5mm，外環(huán)的內(nèi)切圓直徑為2.0～3.3mm，開口g＝0.1～0.5mm，線寬為c＝0.1～0.5mm，諧振環(huán)厚度為0.01～0.03mm；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；沿列方向幾個基底諧振環(huán)組成諧振環(huán)組，與PCB基板另一面的金屬銅線共同組成一個結(jié)構(gòu)單元；將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割，成為包含多個結(jié)構(gòu)單元的條狀結(jié)構(gòu)，并以條數(shù)為1～10將條狀PCB基板平行且等間距排列，制得基底微波左手材料；將某些結(jié)構(gòu)單元中的基底諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的缺陷諧振環(huán)替換，缺陷諧振環(huán)內(nèi)環(huán)的內(nèi)切圓直徑為0mm～1.5mm，外環(huán)的內(nèi)切圓直徑為0mm～3.3mm，開口間距為0.05mm～0.7mm，線寬為0.1mm～0.5mm，厚度為0.01～0.03mm，制得缺陷調(diào)控微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度的微波左手材料。
本發(fā)明的實現(xiàn)過程和材料的性能由實施例和

實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基底金屬銅開口諧振環(huán)陣列；該陣列以內(nèi)外環(huán)開口連線方向為列方向，其垂直方向為行方向，列方向諧振環(huán)中心間距為3.3mm，行方向諧振環(huán)中心間距為7.0mm；基底諧振環(huán)內(nèi)外環(huán)的內(nèi)切圓直徑分別為1.0mm和2.2mm，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；沿列方向三個基底諧振環(huán)組成諧振環(huán)組，與PCB基板另一面的金屬銅線共同組成一個結(jié)構(gòu)單元；將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割，成為包含7個結(jié)構(gòu)單元的條狀結(jié)構(gòu)，將3條PCB基板平行且等間距7mm排列，制得基底微波左手材料；將中間0.3mm，線寬為0.3mm，制得點缺陷調(diào)控微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度的微波左手材料。樣品的微波透射曲線如附圖2所示。
實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基底金屬銅開口諧振環(huán)陣列；該陣列以內(nèi)外環(huán)開口連線方向為列方向，其垂直方向為行方向，列方向諧振環(huán)中心間距為3.3mm，行方向諧振環(huán)中心間距為7.0mm；基底諧振環(huán)內(nèi)外環(huán)的內(nèi)切圓直徑分別為1.0mm和2.2mm，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；沿列方向三個基底諧振環(huán)組成諧振環(huán)組，與PCB基板另一面的金屬銅線共同組成一個結(jié)構(gòu)單元；將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割，成為包含7個結(jié)構(gòu)單元的條狀結(jié)構(gòu)，將3條PCB基板平行且等間距7mm排列，制得基底微波左手材料；將每條PCB基板的中心結(jié)構(gòu)單元中部的基底諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的缺陷諧振環(huán)替換構(gòu)成線缺陷I，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2.0mm，2.4mm和2.6mm，開口間距為0.3mm，線寬為0.3mm，制得線缺陷I調(diào)控微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度的微波左手材料。樣品的微波透射曲線如附圖3所示。
實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基底金屬銅開口諧振環(huán)陣列；該陣列以內(nèi)外環(huán)開口連線方向為列方向，其垂直方向為行方向，列方向諧振環(huán)中心間距為3.3mm，行方向諧振環(huán)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2.2mm，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；沿列方向三個基底諧振環(huán)組成諧振環(huán)組，與PCB基板另一面的金屬銅線共同組成一個結(jié)構(gòu)單元；將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割，成為包含7個結(jié)構(gòu)單元的條狀結(jié)構(gòu)，將3條PCB基板平行且等間距7mm排列，制得基底微波左手材料；將中間條PCB基板的中心結(jié)構(gòu)單元三個基底諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的缺陷諧振環(huán)替換構(gòu)成線缺陷II，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2.0mm和2.4mm，開口間距為0.3mm，線寬為0.3mm，制得線缺陷II調(diào)控微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度的微波左手材料。樣品的微波透射曲線如附圖4所示。
實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基底金屬銅開口諧振環(huán)陣列；該陣列以內(nèi)外環(huán)開口連線方向為列方向，其垂直方向為行方向，列方向諧振環(huán)中心間距為3.3mm，行方向諧振環(huán)中心間距為7.0mm；基底諧振環(huán)內(nèi)外環(huán)的內(nèi)切圓直徑分別為1.0mm和2.2mm，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；沿列方向三個基底諧振環(huán)組成諧振環(huán)組，與PCB基板另一面的金屬銅線共同組成一個結(jié)構(gòu)單元；將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割，成為包含7個結(jié)構(gòu)單元的條狀結(jié)構(gòu)，將3條PCB基板平行且等間距7mm排列，制得基底微波左手材料；將中間條PCB基板的中心及其相鄰兩結(jié)構(gòu)單元中部的基底諧振環(huán)用空位或不同幾何尺寸的缺陷諧振環(huán)替換構(gòu)成線缺陷III，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2.0mm，2.4mm和2.6mm，開口間距為0.3mm，線寬為0.3mm，制得構(gòu)成線缺陷III調(diào)控微波透射帶寬、透射峰頻率和強(qiáng)度的微波左手材料。樣品的微波透射曲線如附圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧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)組與金屬線組成，它們分別位于環(huán)氧酚醛玻璃纖維板兩表面，其主要特征是在基底開口諧振環(huán)中引入缺陷諧振環(huán)，由缺陷諧振環(huán)幾何參數(shù)的改變實現(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)諧微波左手材料，其特征是基底金屬開口諧振環(huán)為正六邊形，內(nèi)環(huán)的內(nèi)切圓直徑為0.6mm～1.5mm，外環(huán)的內(nèi)切圓直徑為2.0mm～3.3mm，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)諧微波左手材料，其特征是缺陷諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑為0mm～1.5mm，外環(huán)內(nèi)切圓直徑為0mm～3.3mm，開口間距為0.05mm～0.7mm，線寬為0.1mm～0.5mm，諧振環(huán)厚度為0.01mm～0.03mm。
4.如權(quán)利要求1所述可調(diào)諧微波左手材料，其特征是金屬線的長度為0.6～10.0mm，線寬為0.1mm～1.6mm，厚度為0.01mm～0.03mm。
5.如權(quán)利要求1所述可調(diào)諧微波左手材料，其特征是制備過程包括以下幾個步驟(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，該陣列以內(nèi)外環(huán)開口連線確定的方向為列方向，其垂直方向為行方向，列方向諧振環(huán)中心間距為2.7～3.7mm，行方向諧振環(huán)中心間距為3.0～10.0mm；沿列方向數(shù)個諧振環(huán)組成諧振環(huán)組，與PCB基板另一面的金屬銅線共同組成一個結(jié)構(gòu)單元；(2)將所制得的金屬銅結(jié)構(gòu)單元陣列切割成含多個結(jié)構(gòu)單元的條狀結(jié)構(gòu)，并將條狀PCB基板平行且等間距排列制得基底微波左手材料；(3)用缺陷諧振環(huán)替換基底微波左手材料某結(jié)構(gòu)單元中的一個諧振環(huán)，制得點缺陷調(diào)控的左手材料；用缺陷諧振環(huán)替換基底微波左手材料中相鄰的多個諧振環(huán)，制得線缺陷調(diào)控的微波左手材料；(4)調(diào)節(jié)其條狀PCB基板條數(shù)為1～10，制得透射帶寬范圍為740MHz～1200MHz，透射峰頻率在9750MHz～10210MHz范圍內(nèi)可調(diào)控，透射峰強(qiáng)度可在-29dB～-39dB范圍內(nèi)變化的可調(diào)諧微波左手材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微波左手材料，特別涉及一種透射帶寬、頻率和強(qiáng)度可調(diào)諧的微波左手材料。與以往材料相比，本發(fā)明以某一尺寸金屬六邊形開口諧振環(huán)組與金屬線的組合結(jié)構(gòu)單元陣列作為基底，通過引入內(nèi)外環(huán)幾何參數(shù)不同的缺陷諧振環(huán)，制得透射帶寬、透射峰頻率和透射峰強(qiáng)度可調(diào)諧的微波左手材料。所制備材料的微波透射測試表明，該左手材料的透射帶寬范圍可達(dá)740MHz～1200MHz，透射峰的頻率在9750MHz～10210MHz頻段內(nèi)可調(diào)控，透射峰的強(qiáng)度可在－29dB～－39dB范圍內(nèi)變化。
文檔編號G02F1/355GK1690829SQ20041002606
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, 康雷, 趙乾, 宋娟, 付全紅, 羅春榮 申請人:西北工業(yè)大學(xué)