專利名稱：一種新型人工電磁材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種新型人工電磁材料。
背景技術(shù)：
人工電磁材料，俗稱超材料，是一種新型人工合成材料，是由非金屬材料制成的基板和附著在基板表面上或嵌入在基板內(nèi)部的多個人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的?；蹇梢蕴摂M地劃分為矩形陣列排布的多個方形基板單元，每個基板單元上附著有一個人造微結(jié)構(gòu)從而形成一個超材料單元，整個超材料即是由數(shù)十萬、百萬甚至上億的這樣的超材料單元組成的，就像晶體是由無數(shù)的晶格按照一定的排布構(gòu)成的。每個超材料單元上的人造微結(jié)構(gòu)相同或者不
完全相同。人造微結(jié)構(gòu)是組成一定幾何圖形的圓柱形或扁平狀金屬絲，例如組成圓環(huán)形、工字型的金屬絲等。由于人造微結(jié)構(gòu)的存在，每個超材料單元具有不同于基板本身的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率，因此所有的超材料單元構(gòu)成的超材料對電場和磁場呈現(xiàn)出特殊的響應(yīng)特性；同時，對人造微結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的具體結(jié)構(gòu)和形狀，可改變其單元的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率，進(jìn)而改變整個超材料的響應(yīng)特性。介電常數(shù)是以絕緣材料為介質(zhì)與以真空為介質(zhì)制成同尺寸電容器的電容量之比值，通常使用希臘字母ε表示，其表示在單位電場中，單位體積內(nèi)積蓄的靜電能量的大小。介電常數(shù)表征電介質(zhì)極化并儲存電荷的能力。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中，電場的強(qiáng)度會在電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。在高介電常數(shù)材料中，電磁波波長很短，可以大大縮小射頻及微波器件的尺寸?，F(xiàn)有的材料絕大多數(shù)介電常數(shù)的變化范圍都很小，且通常為大于零的介電常數(shù)?，F(xiàn)有的人工電磁材料設(shè)計生產(chǎn)工藝中通常采用工字型人造微結(jié)構(gòu)去改變空間中的介電常數(shù)分布。這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的介電常數(shù)分布通常在關(guān)注的頻率段內(nèi)只產(chǎn)生一次協(xié)振，因而介電常數(shù)變化范圍比較小，且通常都是從一個比較大的值開始變化，然而實際應(yīng)用中通常需要從零開始變化的介電常數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實施例的目的在于提供一種新型人工電磁材料，該材料在一定的頻段內(nèi)具有寬頻高介電常數(shù)且在另一頻段內(nèi)具有由零開始逐漸增大的介電常數(shù)分布。本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種新型人工電磁材料，所述材料包括片狀基板，附著在所述片狀基板上的人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)有至少一對，每對人造微結(jié)構(gòu)包括附著在所述基板上的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實施例通過兩個不同的人造微結(jié)構(gòu)得到兩個諧振峰，使得在所述兩個諧振峰之間能夠?qū)崿F(xiàn)ε從零開始平滑漸變，并且由仿真圖比較可知，改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的尺寸大小可以使得諧振峰在一定頻段內(nèi)前移或后移，進(jìn)而調(diào)節(jié)ε從零開始平滑漸變的頻段，具體的變化規(guī)律為減小微結(jié)構(gòu)的尺寸，能夠使ε所述頻段帶寬變寬，諧振峰會后移；增加微結(jié)構(gòu)的尺寸，能夠使ε所述頻段帶寬變寬，諧振峰會前移，并且所述人工電磁材料在第一個諧振峰的前面具有寬頻高介電常數(shù)，可以滿足特定場合的需求。

圖I所示為本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)圖；圖2所示為本發(fā)明優(yōu)選實施例二提供的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)圖；圖3所示為本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的人工電磁材料介電常數(shù)的仿真示意圖；圖4所示為本發(fā)明優(yōu)選實施例二提供的人工電磁材料介電常數(shù)的仿真示意圖；圖5所示為本發(fā)明實施例提供的第一人造微結(jié)構(gòu)的又一實施例；圖6所示為本發(fā)明實施例一提供的人造微結(jié)構(gòu)對應(yīng)的數(shù)據(jù)?！?br> 具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實施例通過兩個不同的人造微結(jié)構(gòu)得到兩個諧振峰，使得在所述兩個諧振峰之間能夠?qū)崿F(xiàn)ε從零開始平滑漸變，并且由仿真圖比較可知，改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的尺寸大小可以使得諧振峰在一定頻段內(nèi)前移或后移，進(jìn)而調(diào)節(jié)ε從零開始平滑漸變的頻段，具體的變化規(guī)律為減小微結(jié)構(gòu)的尺寸，能夠使ε所述頻段帶寬變寬，諧振峰會后移；增加微結(jié)構(gòu)的尺寸，能夠使ε所述頻段帶寬變寬，諧振峰會前移，并且所述電磁材料在第一個諧振峰的前面具有寬頻高介電常數(shù)，可以滿足特定場合的需求。如圖I所示為本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)圖，為了便于說明，僅不出與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分，包括片狀基板1，附著在所述基板I上的人造微結(jié)構(gòu)2。在本發(fā)明實施例中，基板通常選用環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、陶瓷等材料制成，人造微結(jié)構(gòu)為銀線或銅線等金屬絲線構(gòu)成的具有一定幾何圖案的平面結(jié)構(gòu)。每個基板可虛擬地劃分為多個長度和寬度分別相等的方體形網(wǎng)格，每個網(wǎng)格的厚度等于基板的厚度，長度和寬度則不大于將要響應(yīng)的入射電磁波波長的十分之一。每一個方體形網(wǎng)格為一個基板單元，每個基板單元及其表面上附著的人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個材料單元，每個材料片層可以看作是由這些材料單元以一個材料單元的寬度為行間距、長度為列間距進(jìn)行陣列得到的。每個基板單元附著至少一對人造微結(jié)構(gòu)，包括第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，所述第一、第二人造微結(jié)構(gòu)組合成一個新的人造微結(jié)構(gòu)，以使介質(zhì)基板I表現(xiàn)出不同的介電常數(shù)。并且第一、第二人造微結(jié)構(gòu)為尺寸不同的兩個ELC結(jié)構(gòu)。并且所述第一人造微結(jié)構(gòu)、第二人造微結(jié)構(gòu)可以互換。如圖I所示，第一人造微結(jié)構(gòu)是由兩個工字型金屬環(huán)呈90°相交構(gòu)成的雪花結(jié)構(gòu)。第二人造微結(jié)構(gòu)與第一人造微結(jié)構(gòu)I相似，除了由兩個工字型金屬環(huán)呈90°相交外，還包括自每個工字型的橫邊彎折向交點(diǎn)延伸但不接觸的金屬線。需要指出的是，所述第二人造微結(jié)構(gòu)工字型橫邊的彎折包括但不限于呈一定度數(shù)向交點(diǎn)彎折，呈圓弧狀向交點(diǎn)彎折；如圖5所示所述工字型的橫邊的端線可以為直線也可以為圓??；另外所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)可以互換。如圖2所示，為本發(fā)明的優(yōu)選實施例二提供的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)圖，在優(yōu)選實施例二中第一人造微結(jié)構(gòu)的工字型橫邊延長了尺寸，即變大了第一人造微結(jié)構(gòu)的橫邊尺寸。需要指出的是，優(yōu)選實施例一、二提供的第二人造微結(jié)構(gòu)的尺寸與第一人造微結(jié)構(gòu)的尺寸相同，并且所述第二人造微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)位于第一人造微結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)的水平或垂直延長線上。圖3所示為本發(fā)明優(yōu)選實施例一提供的人工電磁材料的介電常數(shù)的仿真示意圖，各仿真參數(shù)如圖6所示，其中S2為O. Imm, S3為O. 7mm, S4為1mm，第二微結(jié)構(gòu)彎折的角度 為45°，S5為2. 1mm，S6為O. 7mm，S7為O. 4臟。由圖3可知優(yōu)選實施例一提供的人工電磁材料在為9. 4GHZ出現(xiàn)第一個諧振峰，在f2為12. 5GHZ出現(xiàn)第二個諧振峰，在兩個諧振峰之間的&為10.4GHZ出現(xiàn)了 ε為零的情況，并且在f為10. 4 IlGHZ頻段，介電常數(shù)從零開始緩慢變化，帶寬為O. 6GHZ。圖4所示為本發(fā)明優(yōu)選實施例二提供的人工電磁材料的介電常數(shù)的仿真示意圖，其對應(yīng)的數(shù)據(jù)與圖6相同,僅把S3改為2_。由圖4可知優(yōu)選實施例二提供的人工電磁材料在f4為9. 2GHZ出現(xiàn)第一個諧振峰，在f5為10. 5GHZ出現(xiàn)第二個諧振峰，在兩個諧振峰之間f6為10GHZ出現(xiàn)了 ε為零的情況。由圖3和圖4的仿真示意圖可知，本發(fā)明實施例通過兩個不同的人造微結(jié)構(gòu)得到兩個諧振峰，使得在所述兩個諧振峰之間能夠?qū)崿F(xiàn)ε從零開始平滑漸變，并且由仿真圖比較可知，改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的尺寸大小可以使得諧振峰在一定頻段內(nèi)前移或后移，進(jìn)而調(diào)節(jié)ε從零開始平滑漸變的頻段，具體的減小微結(jié)構(gòu)的尺寸，能夠使ε頻段帶寬變寬，諧振峰會后移；增加微結(jié)構(gòu)的尺寸，能夠使ε頻段帶寬變寬，諧振峰會前移。在上述實施例中，僅對本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種新型人工電磁材料，包括片狀基板，附著在所述片狀基板上的人造微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)有至少一對，每對人造微結(jié)構(gòu)包括附著在所述基板上的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，所述片狀基板上陣列排布有多個人造微結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的人工電磁材料，其特征在于，所述第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)的形狀不同。
3.如權(quán)利要求2所述的人工電磁材料，其特征在于，所述第二人造微結(jié)構(gòu)由第一人造微結(jié)構(gòu)演變而來。
4.如權(quán)利要求3所述的人工電磁材料，其特征在于，所述第一人造微結(jié)構(gòu)由兩個工字型呈90°相交構(gòu)成的雪花結(jié)構(gòu)，第二人造微結(jié)構(gòu)除了由兩個工字型呈90°相交外，還包括自每個工字型的橫邊彎折向交點(diǎn)延伸但不接觸的金屬線。
5.如權(quán)利要求4所述的人工電磁材料，其特征在于，所述工字型的橫邊彎折包括呈度數(shù)向交點(diǎn)彎折；呈圓弧狀向交點(diǎn)彎折。
6.如權(quán)利要求5所述的人工電磁材料，其特征在于，所述工字型的橫邊包括直線閉口、圓弧狀閉口。
7.如權(quán)利要求I所述的人工電磁材料，其特征在于，所述第二人造微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)位于第一人造微結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)的垂直或平行延長線上。
8.如權(quán)利要求I所述的人工電磁材料，其特征在于，所述人工電磁材料包括多層片狀基板。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工電磁材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)由銅線或銀線制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工電磁材料，其特征在于，所述片狀基板由聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂或者陶瓷制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型人工電磁材料，所述人工電磁材料包括片狀基板，附著在所述片狀基板上的人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)有至少一對，每對人造微結(jié)構(gòu)包括附著在所述基板上的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，所述片狀基板上陣列排布有多個人造微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實施例通過兩個不同的人造微結(jié)構(gòu)得到兩個諧振峰，使得在所述兩個諧振峰之間能夠?qū)崿F(xiàn)ε從零開始平滑漸變，并且由仿真圖比較可知，改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的尺寸大小可以使得諧振峰在一定頻段內(nèi)前移或后移，進(jìn)而調(diào)節(jié)介電常數(shù)從零開始平滑漸變的頻段，具體的變化規(guī)律為減小微結(jié)構(gòu)的尺寸，諧振峰會后移；增加微結(jié)構(gòu)的尺寸，諧振峰會前移。
文檔編號H01Q15/00GK102904057SQ20111021668
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者劉若鵬, 欒琳, 寇超鋒, 蔣楠楠 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司