專利名稱：一種寬頻低色散超材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超材料領域，更具體地說，涉及一種寬頻低色散超材料。
背景技術：
材料的折射率隨頻率變化的特性即為色散，目前常用的超材料通常采用如圖I所示的開口諧振環(huán)結構(SRR)。圖6是對其做的仿真(折射率參數)，可以看出，對于0-5GHZ范圍內入射電磁波其折射率是比較穩(wěn)定的(低色散)，但是，在某些領域(例如微波天線)，需要在更寬的頻段內實現低色散特性，即更寬頻段內的折射率的平穩(wěn)變化。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現有的超材料無法實現更寬頻段內的低色散特 性的缺陷，提供一種在更寬的頻段內實現低色散特性的寬頻低色散超材料。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種寬頻低色散超材料，包括第一基板及附著在第一基板一側表面上的多個人造微結構，所述人造微結構為由導電材料制成的絲線，所述人造微結構具有相交的第一主線及第二主線，所述第一主線兩端連接有兩個第一支線，所述第二主線兩端連接有兩個第二支線，每一所述第一支線的兩端向里彎折延伸出兩個第一折線，每一所述第二支線的兩端向里彎折延伸出兩個第二折線。進一步地，所述第一主線及第二主線相互垂直平分，所述第一主線與第二主線的長度相同，所述兩個第一支線長度相同，所述第一主線兩端連接在兩個第一支線的中點上，所述兩個第二支線長度相同，所述第二主線兩端連接在兩個第二支線的中點上，所述第一支線與第二支線的長度相等。進一步地，所述第一折線與第一支線所成的夾角為Q1，所述第二折線與第二支線所成的夾角為Θ 2，且有，θ 1= Θ 2 ; Θ 丄彡 45°。進一步地，所述第一折線與第一支線所成的夾角Q1及所述第二折線與第二支線所成的夾角θ2均為45度。進一步地，所述人造微結構各處的厚度相同，其厚度為H2,0. Olmm ^ H2 ^ O. 5mm ；所述人造微結構各處的線寬相同，其線寬為W,0. 08mm ^ W ^ O. 3mm ；所述第一折線與第二折線的距離為Cl1,0. 08mm ^ (I1 ^ O. 3mm ；所述第一折線的末端與第一主線平齊，所述第二折線的末端與第二主線平齊，所述第一折線與第二折線等長；所述第一折線的末端與第一主線的距離為d2，0. 08mm ^ d2 ^ O. 3mm ；所述第二折線的末端與第二主線的距離為d3，0. 08mm ^ d3 ^ O. 3mm ；并且,相鄰兩個人造微結構之間的間隔為WL,O. 08mm ^ WL ^ O. 3mm ；相鄰兩個人造微結構之間的距離為L，Imm彡L彡30mm。進一步地，所述寬頻低色散超材料還包括覆蓋在多個人造微結構上的第二基板。
進一步地，所述第一基板與第二基板厚度相同，其厚度為H1,0. Imm ^ H1 ^ 1_。進一步地，所述第一基板與第二基板的介電常數相同，其介電常數取值范圍為2. 5—2. 8 ο進一步地，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B復合材料、FR-4復合材料或聚苯乙烯制成。進一步地，所述人造微結構由銅線或者銀線制成，所述人造微結構通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在所述第一基板上。進一步地，所述人造微結構由銦錫氧化物、碳納米管或者石墨制成。
本發(fā)明的超材料通過設計人造微結構的形狀，能夠使得該超材料在較寬頻段提供較穩(wěn)定的折射率，即具有寬頻低色散的特性。該超材料可以廣泛應用在平板天線的制造，例如平面衛(wèi)星電視天線或者平面微波天線；另外通過該超材料的一定頻段電磁波具有很小的損耗，可以用于天線罩，例如基站天線罩。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖I是現有技術的超材料的結構示意圖；圖2是本發(fā)明第一實施例的寬頻低色散超材料的結構示意圖(透視)；圖3是圖2所示的寬頻低色散超材料去掉第二基板后的正視圖；圖4是單個人造微結構的結構示意圖；圖5是本發(fā)明第二實施例的寬頻低色散超材料的結構示意圖；圖6是圖I所示的現有技術的超材料的仿真示意圖；圖7是圖2所示實施例的寬頻低色散超材料的仿真示意圖。
具體實施例方式如圖2至圖4所示，為本發(fā)明第一實施例的寬頻低色散超材料，其包括第一基板I、附著在第一基板I一側表面上的多個人造微結構3及覆蓋在多個人造微結構3上的第二基板2。所述人造微結構3具有相互垂直平分的第一主線31及第二主線32，所述第一主線31與第二主線32的長度相同，所述第一主線31兩端連接有相同長度的兩個第一支線Z1，所述第一主線31兩端連接在兩個第一支線Zl的中點上，所述第二主線32兩端連接有相同長度的兩個第二支線Z2，所述第二主線32兩端連接在兩個第二支線Z2的中點上，所述第一支線Zl與第二支線Z2的長度相等，每一所述第一支線Zl的兩端向里彎折延伸出兩個第一折線ZX1，每一所述第二支線Z2的兩端向里彎折延伸出兩個第二折線ZX2。圖2為透視圖，即假定第一基板與第二基板透明，人造微結構不透明。本實施例中，所述第一折線ZXl與第一支線Zl所成的夾角為Θ i，所述第二折線ZX2與第二支線Z2所成的夾角為θ2，且有，θ 1= Θ 2 ; Θ i 彡 45。。優(yōu)選地，所述第一折線ZXl與第一支線Zl所成的夾角Θ i及所述第二折線ZX2與第二支線Z2所成的夾角θ2均為45度。即第一折線Zl與第二折線Ζ2平行。本實施例中，如圖3及圖4所示，所述人造微結構各處的厚度相同，其厚度為H2,O.Olmm < H2 < O. 5mm ;所述人造微結構各處的線寬相同，其線寬為W,0. 08mm ^ W ^ O. 3mm ；所述第一折線與第二折線的距離為Cl1,0. 08mm ^ Cl1 ^ O. 3mm ；所述第一折線的末端與第一主線平齊，所述第二折線的末端與第二主線平齊，所述第一折線與第二折線等長；所述第一折線的末端與第一主線的距離為d2,0. 08mm ^ d2 ^ O. 3mm ；所述第二折線的末端與第二主線的距離為d3，0. 08mm ^ d3 ^ O. 3mm ；并且，相鄰兩個人造微結構之間的間隔為WL，0. 08mm彡WL彡O. 3mm ;如圖3所示，WL即為相鄰兩個人造微結構的相對的兩個第一支線的距離，也即相鄰兩個人造微結構的相對的兩個第二支線的距離。相鄰兩個人造微結構之間的距離為L，Imm彡L彡30mm ;如圖3所示，L即為相鄰兩個人造微結構的兩個的第一支線(或兩個第二支線)之間的距離；也即相鄰兩個人造微結構中心點之間的距離。L的長度與入射電磁波有關，通常L的長度小于入射電磁波的波長，例如L可以是入射電磁波的十分之一，這樣可以對入射電磁波產生連續(xù)的響應。本實施例中，所述人造微結構3為由導電材料制成的絲線。例如銅線、銀線及其它金屬線，采用金屬材料制成的人造微結構，可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在所述第一基板I上。另外，人造微結構3還可以由其它非金屬的導電材料制成，例如，銦錫氧化物、碳納米管或者石墨等。本發(fā)實施例中，所述第一基板I與第二基板2厚度相同，其厚度為H1,
O.Imm ^ H1 ^ 1mm。并且，所述第一基板I與第二基板2的介電常數相同，其介電常數取值范圍為2. 5-2. 8。本實施例中，第一基板I及第二基板2可以由任意的介電材料制成，例如陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料。高分子材料，例如可以有F4B復合材料、FR-4復合材料或聚苯乙烯(PS)等。本實施例中，采用具有如下參數的超材料進行仿真，相鄰兩個人造微結構之間的距離L為2. 5mm ;人造微結構的厚度H2為O. 018mm ；人造微結構的線寬W為O. 15mm ；第一折線與第一支線所成的夾角為θ 等于45度，第二折線與第二支線所成的夾角為θ2等于45度；第一折線與第二折線的距離Cl1為O. 15mm ;第一折線的末端與第一主線的距離(12為O. 15mm，所述第二折線的末端與第二主線的距離d3為O. 15mm ；相鄰兩個人造微結構之間的間隔WL為O. 15mm ；第一基板與第二基板為介電常數為2. 7的PS塑料板，損耗正切為O. 0002。對具有上述參數的超材料進行仿真，即測試該超材料在不同頻率下的折射率，得到折射率相對于頻率的電磁響應曲線如圖7所示。由圖可知，所述超材料能在非常寬的一段頻率上(O IOGHz)有很好的低色散性能。穩(wěn)定的折射率可以為平板天線的制造創(chuàng)造極為有利的條件，同時，該超材料還具有很低的電磁損耗，可以應用在基站天線罩等領域。、
另外，如圖5所示，本發(fā)明還提供了第二實施例的寬頻低色散超材料，與第一實施例的區(qū)別在于，該實施例中，只有第一基板；其性能與第一實施例的寬頻低色散超材料基本相同。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，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內。
權利要求
1.一種寬頻低色散超材料，其特征在于，包括第一基板及附著在第一基板一側表面上的多個人造微結構，所述人造微結構為由導電材料制成的絲線，所述人造微結構具有相交的第一主線及第二主線，所述第一主線兩端連接有兩個第一支線，所述第二主線兩端連接有兩個第二支線，每一所述第一支線的兩端向里彎折延伸出兩個第一折線，每一所述第二支線的兩端向里彎折延伸出兩個第二折線。
2.根據權利要求I所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述第一主線及第二主線相互垂直平分，所述第一主線與第二主線的長度相同，所述兩個第一支線長度相同，所述第一主線兩端連接在兩個第一支線的中點上，所述兩個第二支線長度相同，所述第二主線兩端連接在兩個第二支線的中點上，所述第一支線與第二支線的長度相等。
3.根據權利要求2所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述第一折線與第一支線所成的夾角為Q1，所述第二折線與第二支線所成的夾角為θ2，且有，Θ Θ 2 ; Θ ≤ 45。。
4.根據權利要求3所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述第一折線與第一支線所成的夾角Q1及所述第二折線與第二支線所成的夾角θ2均為45度。
5.根據權利要求4所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述人造微結構各處的厚度相同，其厚度為H2,0. Olmm ^ H2 ^ O. 5mm ； 所述人造微結構各處的線寬相同，其線寬為W，O. 08mm ^ W ^ O. 3mm ； 所述第一折線與第二折線的距離為(I1,0. 08mm ^ (I1 ^ O. 3mm ； 所述第一折線的末端與第一主線平齊，所述第二折線的末端與第二主線平齊，所述第一折線與第二折線等長； 所述第一折線的末端與第一主線的距離為d2,0. 08mm≤d2≤O. 3mm ； 所述第二折線的末端與第二主線的距離為d3，0. 08mm ≤ d3 ≤O. 3mm ； 并且，相鄰兩個人造微結構之間的間隔為WL,O. 08mm ≤ WL≤O. 3mm ； 相鄰兩個人造微結構之間的距離為L, Imm ≤L ≤30mm。
6.根據權利要求I所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述寬頻低色散超材料還包括覆蓋在多個人造微結構上的第二基板。
7.根據權利要求6所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述第一基板與第二基板厚度相同，其厚度為H1,0. Imm ^ H1 ^ 1mm。
8.根據權利要求7所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述第一基板與第二基板的介電常數相同，其介電常數取值范圍為2. 5-2. 8。
9.根據權利要求8所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B復合材料、FR-4復合材料或聚苯乙烯制成。
10.根據權利要求I所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述人造微結構由銅線或者銀線制成，所述人造微結構通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在所述第一基板上。
11.根據權利要求I所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述人造微結構由銦錫氧化物、碳納米管或者石墨制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬頻低色散超材料，包括第一基板及附著在第一基板一側表面上的多個人造微結構，所述人造微結構為由導電材料制成的絲線，所述人造微結構具有相交的第一主線及第二主線，所述第一主線兩端連接有兩個第一支線，所述第二主線兩端連接有兩個第二支線，每一所述第一支線的兩端向里彎折延伸出兩個第一折線，每一所述第二支線的兩端向里彎折延伸出兩個第二折線。根據本發(fā)明的寬頻低色散超材料，能夠在較寬頻段提供較穩(wěn)定的折射率，即具有寬頻低色散的特性。
文檔編號H01Q15/00GK102723606SQ201210173878
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權日2012年5月30日
發(fā)明者余銓強, 劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司