專利名稱：一種寬頻低色散超材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種寬頻低色散超材料。
背景技術(shù)：
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(jié)構(gòu)(SRR)。圖6是對(duì)其做的仿真(折射率參數(shù))，可以看出，對(duì)于0-5GHZ范圍內(nèi)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(lǐng)域(例如微波天線)，需要在更寬的頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)低色散特性，即更寬頻段內(nèi)的折射率的平穩(wěn)變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有的超材料無法實(shí)現(xiàn)更寬頻段內(nèi)的低色散特性的缺陷，提供一種在更寬的頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)低色散特性的寬頻低色散超材料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)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(cè)表面上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)為由導(dǎo)電材料制成的絲線，所述人造微結(jié)構(gòu)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(gè)第一折角線，所述第二主線兩端連接有兩個(gè)第二折角線。進(jìn)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(zhǎng)度相同，所述第一折角線具有第一拐角點(diǎn)，所述第一主線兩端分別連接在兩個(gè)第一折角線的兩個(gè)第一拐角點(diǎn)上，所述第二折角線具有第二拐角點(diǎn)，所述第二主線兩端分別連接在兩個(gè)第二折角線的兩個(gè)第二拐角點(diǎn)上。進(jìn)一步地，所述兩個(gè)第一折角線的拐角為90度，第一主線與第一折角線的拐角的角平分線重合，所述兩個(gè)第二折角線的拐角為90度，第二主線與第二折角線的拐角的角平分線重合，所述第一折角線具有相同長(zhǎng)度的第一水平角邊及第一豎直角邊，所述第二折角線具有相同長(zhǎng)度的第二水平角邊及第二豎直角邊，所述第一折角線與第二折角線具有相同的尺寸。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)各處的厚度相同，其厚度為H2,0. Olmm ^ H2 ^ 0. 5mm ；所述人造微結(jié)構(gòu)各處的線寬相同，其線寬為W,0. 08mm ^ W ^ 0. 3mm ；所述第一折角線與其相鄰的第二折角線的距離為Cl1,0. 08mm ^ (I1 ^ Imm ；并且,相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)之間的間隔為WL,0. 08mm ^ WL ^ Imm ；相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)之間的距離為L(zhǎng)，Imm彡L彡30mm。進(jìn)一步地，所述寬頻低色散超材料還包括覆蓋在多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)上的第二基板。進(jìn)一步地，所述第一基板與第二基板厚度相同，其厚度為氏，0. Imm ^ H1 ^ 1mm。進(jìn)一步地，所述第一基板與第二基板的介電常數(shù)相同，其介電常數(shù)取值范圍為2. 5—2. 8 o進(jìn)一步地，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B復(fù)合材料、FR-4復(fù)合材料或聚苯乙烯制成。
進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)由銅線或者銀線制成，所述第一基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法得到。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)人造微結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是現(xiàn)有技術(shù)的超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的寬頻低色散超材料的結(jié)構(gòu)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(gè)人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的寬頻低色散超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖I所示的現(xiàn)有技術(shù)的超材料的仿真示意圖；圖7是圖2所示實(shí)施例的寬頻低色散超材料的仿真示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖2至圖4所示，為本發(fā)明第一實(shí)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(cè)表面上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)3及覆蓋在多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)3上的第二基板2。所述人造微結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度相同，所述第一折角線Zl具有第一拐角點(diǎn)J1，所述第一主線31兩端分別連接在兩個(gè)第一折角線的兩個(gè)第一拐角點(diǎn)Jl上，所述第二折角線Z2具有第二拐角點(diǎn)J2，所述第二主線32兩端分別連接在兩個(gè)第二折角線的兩個(gè)第二拐角點(diǎn)J2上。所述兩個(gè)第一折角線Zl的拐角為90度，第一主線31與第一折角線的拐角的角平分線重合，所述兩個(gè)第二折角線的拐角為90度，第二主線32與第二折角線的拐角的角平分線重合，所述第一折角線Zl具有相同長(zhǎng)度的第一水平角邊SPl及第一豎直角邊SZl，第一水平角邊SPl及第一豎直角邊SZl所成的夾角即為第一折角線的拐角，所述第二折角線Z2具有相同長(zhǎng)度的第二水平角邊SP2及第二豎直角邊SZ2，第二水平角邊SP2及第二豎直角邊SZ2所成的夾角即為第二折角線的拐角。另外，所述第一折角線Zl與第二折角線Z2具有相同的尺寸。圖2為透視圖，即假定第一基板與第二基板透明，人造微結(jié)構(gòu)不透明。本實(shí)施例中，如圖3及圖4所示，所述人造微結(jié)構(gòu)各處的厚度相同，其厚度為H2,0. Olmm < H2 < 0. 5mm ;所述人造微結(jié)構(gòu)各處的線寬相同，其線寬為W,0. 08mm ^ W ^ 0. 3mm ；所述第一折角線與其相鄰的第二折角線的距離為Cl1,0. 08mm ^ (I1 ^ Imm ；并且，A相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)之間的間隔為WL，0. 08mm ^ WL ^ Imm ;如圖3所示，WL即為其中一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的第一拐角點(diǎn)與另一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的與該第一拐角點(diǎn)相鄰的第二拐角點(diǎn)的距離。
相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)之間的距離為L(zhǎng)，Imm彡L彡30mm ;如圖3所示，L即為相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)之間的距離，此處的中心點(diǎn)即為第一主線與第二主線的交點(diǎn)。L的長(zhǎng)度與入射電磁波有關(guān)，通常L的長(zhǎng)度小于入射電磁波的波長(zhǎng)，例如L可以是入射電磁波的五分之一或十分之一，這樣可以對(duì)入射電磁波產(chǎn)生連續(xù)的響應(yīng)。本實(shí)施例中，所述人造微結(jié)構(gòu)3為由導(dǎo)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(jié)構(gòu)，可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法得到。例如，可以在第一基板上覆上一定厚度的銅膜或銀膜，再利用蝕刻的方法去掉多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)以外的部分銅膜或銀膜(利用化學(xué)溶液溶解腐蝕)，即能得到附著在第一基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。另外，人造微結(jié)構(gòu)3還可以由其它非金屬的導(dǎo)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(shí)施例中，所述第一基板I與第二基板2厚度相同，其厚度為H1,0. Imm ^ H1 ^ 1mm。并且，所述第一基板I與第二基板2的介電常數(shù)相同，其介電常數(shù)取值 范圍為2. 5-2. 8。本實(shí)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(fù)合材料、FR-4復(fù)合材料或聚苯乙烯(PS)等。本實(shí)施例中，采用具有如下參數(shù)的超材料進(jìn)行仿真，第一基板與第二基板的厚度為Imm ;第一基板與第二基板為介電常數(shù)為2. 7的PS塑料板，損耗正切為0. 0002。相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)之間的距離L為2. 7mm ;人造微結(jié)構(gòu)的厚度H2為0. 018mm ；人造微結(jié)構(gòu)的線寬W為0. 14mm ；第一折角線與第二折角線的距離Cl1為0. 14mm ；相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)之間的間隔WL為0. 14mm ；對(duì)具有上述參數(shù)的超材料進(jìn)行仿真，即測(cè)試該超材料在不同頻率下的折射率，得到折射率相對(duì)于頻率的電磁響應(yīng)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(0 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(shí)，該超材料還具有很低的電磁損耗，可以應(yīng)用在基站天線罩等領(lǐng)域。另外，如圖5所示，本發(fā)明還提供了第二實(shí)施例的寬頻低色散超材料，與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，該實(shí)施例中，只有第一基板；其性能與第一實(shí)施例的寬頻低色散超材料基本相同。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)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(hù)之內(nèi)。
權(quán)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ー側(cè)表面上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)為由導(dǎo)電材料制成的絲線，所述人造微結(jié)構(gòu)具有相交的第一主線及第ニ主線，所述第一主線兩端連接有兩個(gè)第一折角線，所述第二主線兩端連接有兩個(gè)第二折角線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述第一主線及第ニ主線相互垂直平分，所述第一主線與第二主線的長(zhǎng)度相同，所述第一折角線具有第一拐角點(diǎn)，所述第一主線兩端分別連接在兩個(gè)第一折角線的兩個(gè)第一拐角點(diǎn)上，所述第二折角線具有第ニ拐角點(diǎn)，所述第二主線兩端分別連接在兩個(gè)第二折角線的兩個(gè)第二拐角點(diǎn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述兩個(gè)第一折角線的拐角為90度，第一主線與第一折角線的拐角的角平分線重合，所述兩個(gè)第二折角線的拐角為.90度，第二主線與第二折角線的拐角的角平分線重合，所述第一折角線具有相同長(zhǎng)度的第一水平角邊及第ー豎直角邊，所述第二折角線具有相同長(zhǎng)度的第二水平角邊及第ニ豎直角邊，所述第一折角線與第二折角線具有相同的尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)各處的厚度相同，其厚度為H2,0. Olmm ^ H2 ^ 0. 5mm ； 所述人造微結(jié)構(gòu)各處的線寬相同，其線寬為W，0. 08mm ^ W ^ 0. 3mm ； 所述第一折角線與其相鄰的第二折角線的距離為も,0. 08mm彡(I1彡Imm ; 并且，相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)之間的間隔為WL,0. 08mm ^ WL ^ Imm ； 相鄰兩個(gè)人造微結(jié)構(gòu)之間的距離為し，Imm ^ L ^ 30mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4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(gè)人造微結(jié)構(gòu)上的第二基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5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彡H1彡1mm。
7.根據(jù)權(quán)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的介電常數(shù)相同，其介電常數(shù)取值范圍為2. 5-2. 8。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬頻低色散超材料，其特征在于，所述第一基板及第ニ基板由陶瓷材料、F4B復(fù)合材料、FR-4復(fù)合材料或聚苯こ烯制成。
9.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)由銅線或者銀線制成，所述第一基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法得到。
10.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)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(cè)表面上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)為由導(dǎo)電材料制成的絲線，所述人造微結(jié)構(gòu)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(gè)第一折角線，所述第二主線兩端連接有兩個(gè)第二折角線。根據(jù)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(hào)H01Q15/02GK102760961SQ20121022620
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 郭潔 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司