一種人工電磁材料及使用該材料的濾波器【技術領域】本發(fā)明涉及新材料領域，具體的涉及一種具有高介電常數的人工電磁材料以及使用該材料的濾波器。

背景技術：
介電常數是材料對電場響應的一個參數，材料在外加電場時會產生感應電荷而削弱電場，原真空中的外加電場與最終材料中電場的比值即為介電常數。自然界中，任何一種材料在特定的條件下，都有它特定的介電常數值或者介電常數曲線。介電常數較高的材料放在電場中，電場的強度會在電介質材料內有可觀的下降。在高介電常數材料中，電磁波波長很短，可以大大縮小射頻及微波器件的尺寸。隨著技術日新月異的發(fā)展，人們對材料的應用要求越來越高，在某些場合，所需要的介電常數值遠高于自然界已有的材料的介電常數值，現有的介電常數較高的介電絕緣體也不能達到要求，這將為技術和產品研發(fā)造成瓶頸。因此，人們轉向人工制造的人工電磁材料。濾波器是無線電技術中的常見器件之一，被廣泛應用于通訊、雷達、導航、電子對抗、衛(wèi)星、測試儀表等電子設備中。濾波器具有諧振腔，濾波器 的體積主要取決于諧振腔的個數和容積。而微波諧振腔的諧振頻率取決于該腔的容積，一般來說，諧振腔容積越大諧振頻率越低，諧振腔容積越小諧振頻率越高，因此如何實現在不增大諧振腔尺寸的情況下降低諧振腔的諧振頻率對于濾波器的小型化具有重要的意義。通常在諧振腔內設置具有低損耗、高介電常數的諧振子，能夠在不改變諧振腔的體積的條件下有效降低諧振腔的諧振頻率，但是一般隨著介電常數的增大，損耗也會隨之增大，而且損耗的放大倍數遠遠高于介電常數的放大倍數。

技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是：針對現有技術的缺陷，提供一種具有高介電常數人工電磁材料。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種人工電磁材料，包括至少一個材料片層，所述材料片層包括基板和附著在基板表面上的多個人造微結構，所述人造微結構為在實心金屬片上蝕刻圖案所余下的結構，所述蝕刻圖案包括一個中心對稱的封閉曲線以及關于所述封閉曲線中心點對稱且平分所述封閉曲線的多條線段。所述每條線段的一端在所述封閉曲線內，所述每條線段的另一端為自由端，所述自由端在所述封閉曲線上或在所述封閉曲線外。所述線段的條數為偶數。所述中心對稱的封閉曲線為正方形或圓形或長方形。所述封閉曲線和每條線段都由依次相連的封閉空心結構構成。所述封閉空心結構為正方形、圓形、三角形或長方形。所述封閉空心結構為點與點相連或邊與邊相連或面與面部分交叉。一種濾波器，包括諧振腔和位于諧振腔內的諧振子，所述諧振子為人工電磁材料，該人工電磁材料包括至少一個人工電磁材料片層，每個所述人工電磁材料片層包括基板和附著在所述基板上的金屬微結構，所述人造微結構為在實心金屬片上蝕刻圖案所余下的結構，所述蝕刻圖案包括一個中心對稱的封閉曲線以及關于所述封閉曲線中心點對稱且平分所述封閉曲線的多條線段。所述每條線段的一端在所述封閉曲線內，所述每條線段的另一端為自由端。所述線段的條數為偶數。實施本發(fā)明具有以下有益效果：通過在基板上附著具有本發(fā)明的幾何形狀的人造微結構，使得人工電磁材料具有較高的介電常數，將該人工電磁材料應用在濾波器中有利于濾波器的小型化。【附圖說明】圖1是本發(fā)明實施例中提到的一種人工電磁材料的一個材料單元的結構圖；圖2是圖1所示材料單元的尺寸示意圖；圖3是包含圖1所示材料單元組成的人工電磁材料的結構示意圖；圖4是圖2所示材料單元組成的人工電磁材料的仿真效果圖；圖5是本發(fā)明實施例中提到的另一種人工電磁材料的一個材料單元的結構圖?！揪唧w實施方式】為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，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)明涉及一種人工電磁材料，如圖3所示，包括至少一個材料片層，每個材料片層包括基板1和附著在基板表面上的多個人造微結構2，基板由高分子材料或陶瓷材料制成，常用的高分子材料如聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂等。人造微結構2在基板表面上呈周期性排布，例如矩形陣列排布，即以X軸為行、以垂直于X軸的Y軸為列排列，且各行間距、各列間距分別相等，甚至行間距等于列間距均可。當材料片層有多個時，各材料片層沿垂直于基板表面的Z軸依次排列，材料片層之間相互平行設置。由于人造微結構2陣列排布，因此可以將基板1虛擬地劃分為同樣陣列排布的多個基板單元20，基板單元20的長度等于上述行間距、寬度等于列間距、厚度等于基板的厚度。每個基板單元的表面上正好對應有一個人造微 結構。本發(fā)明的優(yōu)點在于，設計了一種具有新的幾何圖形的人造微結構2，人造微結構2為在實心金屬片3上蝕刻圖案所余下的結構，蝕刻掉的圖案在附圖中顯示的是黑色，實心金屬片3上剩下的白色為人造微結構2；該蝕刻圖案包括一個中心對稱的封閉曲線以及關于所述封閉曲線中心點對稱分布且平分所述封閉曲線的多條線段，每條線段的一端在中心對稱封閉曲線內，另一端為自由端，該自由端可以全部在封閉曲線上或全部在封閉曲線外，也可以其中一部分在封閉曲線上一部分在封閉曲線外，并且該線段的條數為偶數，封閉曲線和每條線段都由依次相連的封閉空心結構構成，該封閉空心結構可以是正方形、圓形、三角形、長方形，也可以是其他可適用的形狀。如圖1所示，本實施例中蝕刻圖案中該中心對稱的封閉曲線為正方形，并且該正方形被八條線段5、6、7、8、9、10、11、12平分為八等份，其中四條線段5、7、9、11的自由端14在封閉曲線上，另四條線段6、8、10、12的自由端13在封閉曲線外，并且自由端在封閉曲線上的四條線段與自由端在封閉曲線外的四條線段交替排列且相鄰兩條線段的夾角為45°；該八條線段和封閉曲線都由依次相連的空心小正方形構成，并且封閉曲線的中心點4也為空心小正方形，同時，該封閉曲線的空心小正方形為對角點與對角點相連，而自由端在封閉曲線上的四條線段的空心小正方形為邊與邊相連，另外自由端在封閉曲線外的四條線段的空心小正方形為對角點與對角點相 連；同時，自由端在封閉曲線上的四條線段中的自由端處的空心小正方形與正方形封閉曲線的對角處的空心小正方形采用邊對邊相連，除此之外，也可以采用對角點與對角點相連或者面與面部分交叉相連；如圖2所示，實心金屬片3為正方形時，正方形的邊長為1.9mm，每個基板單元的尺寸為0.8mm×2mm×2mm，其中0.8mm為基板的厚度；蝕刻圖案中封閉曲線為正方形中的每條邊由七個空心的小正方形對角點與對角點相連組成，該空心的小正方形的邊長b為0.1mm；自由端在封閉曲線上的四條線段分別由六個空心的小正方形邊與邊相連構成，該空心小正方形的邊長a為0.1mm；自由端在封閉曲線外的四條線段分別由七個空心的小正方形對角點與對角點相連構成，該空心小正方形的邊長c為0.1mm，并且同時與作為封閉曲線中心點的空心小正方形也對角點與對角點相連，中心點處的空心小正方形的邊長d也為0.1mm。該金屬微結構的材質為銅，也可以是其他的導電材料，基板采用的是介電常數為35的陶瓷材料，金屬微結構通過蝕刻的方法附著在基板上，也可以采用電鍍、鉆刻、電子刻或離子刻等方法。如圖4所示是對本實施例中的人工電磁材料進行仿真得到的介電常數特性曲線示意圖，由圖4可知，在1.5GHz～3GHz范圍內該人工電磁材料的介電常數為111左右，相對于純陶瓷材料，該人工電磁材料的介電常數提高了3倍左右，同時該人工電磁材料的電磁損耗沒有明顯增加。該封閉曲線和線段也可以由圓形和正方形混合相連，形成如圖5所示的形狀，并且可以是點對點相連，也可以是邊對邊相連，還可以是面與面部分交叉相連。本發(fā)明還提供了一種使用上述人工電磁材料的濾波器，該濾波器包括諧振腔和位于諧振腔內的諧振子，其中的諧振子采用本實施例中的人工電磁材料。由于本實施例中的人工電磁材料具有較高的介電常數，所以采用該人工電磁材料的諧振子有利于濾波器的小型化。通過改變介質基板中基板的層數、金屬微結構的形狀和尺寸等方式，可以進一步調整和提高介質基板的介電常數，使其滿足特殊場合對高介電常數的需求。上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下還可做出很多變形。比如金屬微結構可以為其他各種幾何形狀，實心金屬片不限于正方形，也可以是圓形、長方形等形狀，中心對稱的封閉曲線也可以是長方形、圓形等；金屬微結構不限于分布在基板的一個面上，金屬微結構可以附著在基板正反兩個面上，也可以是位于兩個基板之間，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。