專利名稱：基于平面周期結(jié)構(gòu)的二維左手材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于平面周期結(jié)構(gòu)的二維左手材料的制造方法，屬于電磁材料領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
1968年，前蘇聯(lián)科學(xué)家V. G. Veselago首次提出了左手材料(left-handed metamaterials, LHM)的概念，它是指介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ在一定的電磁波頻段內(nèi)同 時為負的一種材料。2000年，美國加州大學(xué)San Diego分校的D. R. Smith等人在英國帝國 理工學(xué)院J. B. Pendry的研究基礎(chǔ)上第一次構(gòu)造出了一種二維左手材料，其方法是采用金 屬細導(dǎo)線(Rod)陣列實現(xiàn)等效負介電常數(shù)，采用金屬開口諧振環(huán)(split ring resonator, SRR)實現(xiàn)等效負磁導(dǎo)率，然后將這兩種陣列混合排列即可。之后，各種各樣的二維左手材料 紛紛涌現(xiàn)。這些二維左手材料大多采用PCB電路板印刷技術(shù)，將金屬細導(dǎo)線和金屬開口諧 振環(huán)分別印刷在PCB電路板的兩側(cè)，然后將PCB板切割成若干結(jié)構(gòu)單元，并按照正交的方式 排列組合起來，即可實現(xiàn)二維的左手材料；或者是直接采用金屬結(jié)構(gòu)，在兩個正交的方向上 搭建起來實現(xiàn)二維左手材料。雖然這些結(jié)構(gòu)單元的尺寸都遠遠小于工作波長可近似為均勻 介質(zhì)，但是，它們只能看做是一種空間框架結(jié)構(gòu)，而不是真正的實體介質(zhì)材料，容易受到外 力的影響而變形，從而影響到性能的穩(wěn)定性。另外，隨著左手材料的工作頻段逐漸由微波向 紅外光、可見光移動，金屬的某些特殊形狀尺寸很難加工，又由于采用的是空間正交的排列 方式實現(xiàn)二維的結(jié)構(gòu)，所以進一步增加了制作工藝的難度，從而限制了左手材料的應(yīng)用和 發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制作簡單、方便的基于平面周期結(jié)構(gòu)的二維左手材料 的制造方法。技術(shù)解決方案本發(fā)明二維左手材料包含至少一個單元結(jié)構(gòu)；每個單元結(jié)構(gòu)是由 內(nèi)部包含有至少一對平行金屬條的電介質(zhì)材料構(gòu)成的；每對平行金屬條在介質(zhì)中的排列方 向一致；外部入射電磁波的電場方向平行于金屬條的長邊，磁場方向平行或者垂直于金屬 條的平面，即可實現(xiàn)由該單元結(jié)構(gòu)組成的二維左手材料。本發(fā)明有益的效果本發(fā)明設(shè)計的左手材料是全固態(tài)結(jié)構(gòu)，能夠承受一定的外力而不變形，能夠保持 性能的穩(wěn)定；本發(fā)明中的金屬結(jié)構(gòu)是排列方向一致的平行金屬條，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工；本 發(fā)明采用金屬結(jié)構(gòu)的平面布局實現(xiàn)左手材料的二維特性，避免了空間正交結(jié)構(gòu)實現(xiàn)二維左 手材料時難于利用現(xiàn)有微加工技術(shù)制備微納米結(jié)構(gòu)并且價格昂貴的缺點。


圖1是本發(fā)明的二維左手材料的結(jié)構(gòu)原理示意圖2是本發(fā)明的單元結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明二維左手材料是由包含至少一個單元結(jié)構(gòu)；每個單元結(jié)構(gòu)是 由內(nèi)部包含有至少一對平行金屬條的電介質(zhì)材料構(gòu)成的；本發(fā)明的二維左手材料是6列X4行X3層個單元結(jié)構(gòu)的情形，每個單元結(jié)構(gòu)如 圖2所示，它是由內(nèi)部包含有2對排列方向一致的平行金屬條2的電介質(zhì)材料1組成的。實 際應(yīng)用時可根據(jù)所需要左手材料的大小和預(yù)先設(shè)計的結(jié)構(gòu)單元的大小選擇單元結(jié)構(gòu)的數(shù) 目。當(dāng)外部入射電磁波的電場方向平行于單元結(jié)構(gòu)中金屬條的長邊，而磁場方向平行或者 垂直于金屬條的平面時，都可實現(xiàn)左手特性，所以就構(gòu)成了二維的左手材料。從圖1中可以 看出，本發(fā)明的二維左手材料中，所有的金屬條都是按照同一方式排列的，所以完全可以利 用平面工藝加工制造，避免了空間立體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情形。圖2中畫出了兩對金屬條的情形。由于電場在相鄰單元結(jié)構(gòu)的金屬條之間發(fā)生電 諧振產(chǎn)生負介電常數(shù)，磁場在同一單元結(jié)構(gòu)中的金屬條之間發(fā)生磁諧振而產(chǎn)生負磁導(dǎo)率， 電諧振頻率和磁諧振頻率都與金屬條的大小和每對金屬條中兩金屬條的間距有關(guān)，所以可 以通過調(diào)整金屬條的大小和間距設(shè)置單元結(jié)構(gòu)，使負介電常數(shù)頻段和負磁導(dǎo)率頻段重合， 即可實現(xiàn)左手材料。實施例1 本例單元結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有兩對金屬條，其中每對金屬條中兩金屬條的間距w作為 變量，當(dāng)w的取值從0. 2mm-0. 8mm時，考慮到在0_50GHz的頻率范圍內(nèi)，討論w對二維左 手材料左手頻段的影響。單元結(jié)構(gòu)的大小取為1mm，介質(zhì)是相對介電常數(shù)為4. 4、相對 磁導(dǎo)率為1、介質(zhì)損耗角正切為0.02的FR4材料。結(jié)構(gòu)單元中的金屬條是銅，其大小為 0. 95mmX0. 2mmX0. 01mm，取兩對的情形，對與對之間的距離為0. 5mm。本例產(chǎn)生的左手頻段 見表一。表 1 以上實施例1中，只是考慮了每對金屬條中兩金屬條的間距w作為變量，而其他參 數(shù)不變的情況下，形成的二維左手材料的頻段。除此之外，金屬條的大小、單元結(jié)構(gòu)的大小、 單元結(jié)構(gòu)所用的介電常數(shù)的大小、單元結(jié)構(gòu)中所用的金屬條的對數(shù)、相鄰兩對金屬條的間 距都可根據(jù)實際需要而進行選擇與調(diào)整。
權(quán)利要求
基于平面周期結(jié)構(gòu)的二維左手材料的制造方法，其特征在于二維左手材料包含至少一個單元結(jié)構(gòu)；每個單元結(jié)構(gòu)是由內(nèi)部包含有至少一對平行金屬條的電介質(zhì)材料構(gòu)成的；每對平行金屬條在介質(zhì)中的排列方向一致；外部入射電磁波的電場方向平行于金屬條的長邊，磁場方向平行或者垂直于金屬條的平面，實現(xiàn)由該單元結(jié)構(gòu)組成的二維左手材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于平面周期結(jié)構(gòu)的二維左手材料的制造方法，屬于電磁材料領(lǐng)域。本發(fā)明二維左手材料包含至少一個單元結(jié)構(gòu)；每個單元結(jié)構(gòu)是由內(nèi)部包含有至少一對平行金屬條的電介質(zhì)材料構(gòu)成的；每對平行金屬條在介質(zhì)中的排列方向一致；外部入射電磁波的電場方向平行于金屬條的長邊，磁場方向平行或者垂直于金屬條的平面，都可實現(xiàn)左手特性。本發(fā)明設(shè)計的左手材料是全固態(tài)結(jié)構(gòu)，能夠承受一定的外力而不變形；本發(fā)明中的金屬結(jié)構(gòu)是排列方向一致的平行金屬條，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工；本發(fā)明采用金屬結(jié)構(gòu)的平面布局實現(xiàn)左手材料的二維特性，避免了空間正交結(jié)構(gòu)實現(xiàn)二維左手材料時難于利用現(xiàn)有微加工技術(shù)制備微納米結(jié)構(gòu)并且價格昂貴的缺點。
文檔編號H01P7/00GK101866088SQ20101020109
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者鄧攀博, 郭云勝 申請人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)