專利名稱：一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料及其制備方法，屬于微波電磁材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超材料具有很多不同于常規(guī)材料的奇異特性，比如負(fù)磁導(dǎo)率，負(fù)介電常數(shù)和負(fù)折射系數(shù)。正是由于這些奇異特性及其在微波電磁材料技術(shù)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景，超材料研究已成為學(xué)術(shù)界的一大熱點。電磁超材料已成為當(dāng)今物理學(xué)、材料學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域及交叉學(xué)科的重點研究對象，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)意義。最早對周期結(jié)構(gòu)超材料進(jìn)行研究的是Pendry，他于1996年提出了用周期導(dǎo)線陣列來實現(xiàn)單負(fù)介電常數(shù)，用雙環(huán)開口諧振環(huán)實現(xiàn)單負(fù)磁導(dǎo)率。2000年，D.R.Smith等人基于J.B.Pendry提出的構(gòu)造單負(fù)介電常數(shù)超材料、單負(fù)磁導(dǎo)率超材料的思想，首次人工合成出在X波段等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率同時為負(fù)的負(fù)折射率微波電磁超材料，實現(xiàn)了 1976年前蘇聯(lián)科學(xué)家V.G.Veselago所預(yù)言的理想負(fù)折射率電磁超材料。2006年，D.Schurig提出了一種基于電感電容諧振特性以產(chǎn)生單負(fù)介電常數(shù)特性的新型單負(fù)介電常數(shù)超材料，該材料中單元諧振環(huán)相互之間無需電連接，該單負(fù)介電常數(shù)超材料為單頻諧振，且其工作頻段不易于控制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決目前單負(fù)介電常數(shù)超材料單頻諧振且工作頻段不易于控制的問題，本發(fā)明提供一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料及其制備方法，該多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料具有調(diào)節(jié)頻段簡單、性能穩(wěn)定，制備方法簡單易行的特點，可用于設(shè)計研究多頻負(fù)折射率超材料、多頻帶通/帶阻濾波器、多頻電磁隱形材料和吸波材料等。一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料，所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基板為環(huán)氧樹脂PCB基板，所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基本結(jié)構(gòu)單元為基于短截線連接的金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)。其中，所述基于短截線連接的金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)包括:外環(huán)，內(nèi)環(huán)，所述外環(huán)的內(nèi)部設(shè)置有貫穿所述內(nèi)環(huán)的十字交叉型通道，十字交叉型通道包括兩條互相垂直的通道，十字交叉型通道將內(nèi)環(huán)均勻分成4段圓弧，所述通道的兩側(cè)設(shè)置有微帶線，所述微帶線分別與所述4段圓弧連接形成4個獨(dú)立的扇形孔，所述外環(huán)與所述4段圓弧之間均連接有短截線，這4條短截線的延長線相交于十字交叉型通道的中點，其中2條短截線位于一條直線上，另外2條短截線位于另一條直線上，這兩條直線以所述通道為中線對稱分布。其中，所述外環(huán)的外側(cè)圓的半徑為1.5mm 3mm,所述外環(huán)的寬度為0.1mm
0.3mm,所述外環(huán)與所述內(nèi)環(huán)間隔為0.1mm 0.3mm,所述內(nèi)環(huán)的寬度為0.1mm 0.3mm,所述十字交叉型通道的寬度為0.1mm 0.3mm,所述微帶線的寬度為0.1mm 0.3mm,所述短截線的寬度為0.1mm 0.3mm,所述直線與其中一條所述通道的夾角為5° 45。
其中，所述環(huán)氧樹脂PCB基板的介電常數(shù)為2.2 6.0,損耗角正切0.0018 0.02,厚度為 0.25mm 1.6mm。其中，所述外環(huán)的外側(cè)圓的半徑為2.2mm，所述外環(huán)的寬度為0.1mm，所述外環(huán)與所述內(nèi)環(huán)間隔為0.1mm，所述內(nèi)環(huán)的寬度為0.1_，所述十字交叉型通道的寬度為0.1_，所述微帶線的寬度為0.1mm，所述短截線的寬度為0.1mm，所述直線與其中一條所述通道的夾角為5°、15°、25°、35°或45° ;所述環(huán)氧樹脂PCB基板的介電常數(shù)為3.55，損耗角正切0.0027，厚度為 0.5_。其中，所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基本結(jié)構(gòu)單元之間的間隔為4mm 7mm。一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的制備方法，包括:通過欲調(diào)控的負(fù)介電常數(shù)諧振頻段計算出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)中的短截線所在直線與通道的夾角；采用電路板刻 蝕技術(shù)，在環(huán)氧樹脂PCB基板的一側(cè)刻蝕出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)。其中，所述通過欲調(diào)控的負(fù)介電常數(shù)諧振頻段計算出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)中的短截線所在直線與通道的夾角具體為:
權(quán)利要求
1.一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料，其特征在于，所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基板為環(huán)氧樹脂PCB基板，所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基本結(jié)構(gòu)單元為基于短截線連接的金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料，其特征在于，所述基于短截線連接的金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)包括:外環(huán)，內(nèi)環(huán)，所述外環(huán)的內(nèi)部設(shè)置有貫穿所述內(nèi)環(huán)的十字交叉型通道，十字交叉型通道包括兩條互相垂直的通道，十字交叉型通道將內(nèi)環(huán)均勻分成4段圓弧，所述通道的兩側(cè)設(shè)置有微帶線，所述微帶線分別與所述4段圓弧連接形成4個獨(dú)立的扇形孔，所述外環(huán)與所述4段圓弧之間均連接有短截線，這4條短截線的延長線相交于十字交叉型通道的中點，其中2條短截線位于一條直線上，另外2條短截線位于另一條直線上，這兩條直線以所述通道為中線對稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料，其特征在于，所述外環(huán)的外側(cè)圓的半徑為1.5mm 3mm,所述外環(huán)的寬度為0.1mm 0.3mm,所述外環(huán)與所述內(nèi)環(huán)間隔為0.1mm 0.3mm,所述內(nèi)環(huán)的寬度為0.1mm 0.3mm,所述十字交叉型通道的寬度為0.1mm 0.3mm,所述微帶線的寬度為0.1mm 0.3mm,所述短截線的寬度為0.1mm 0.3mm,所述直線與其中一條所述通道的夾角為5° 45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂PCB基板的介電常數(shù)為2.2 6.0，損耗角正切0.0018 0.02，厚度為0.25mm 1.6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料，其特征在于，所述外環(huán)的外側(cè)圓的半徑為2.2mm，所述外環(huán)的寬度為0.1mm，所述外環(huán)與所述內(nèi)環(huán)間隔為0.1mm，所述內(nèi)環(huán)的寬度為0.1mm,所述十字交叉型通道的寬度為0.1mm,所述微帶線的寬度為0.1mm,所述短截線的寬度為0.1_，所述直線與其中一條所述通道的夾角為5°、15°、25。、35°或45° ;所述環(huán)氧樹脂PCB基板的介電常數(shù)為3.55，損耗角正切0.0027，厚度為0.5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料，其特征在于，所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基本結(jié)構(gòu)單元之間的間隔為4_ 7mm。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的制備方法，其特征在于，包括: 通過欲調(diào)控的負(fù)介電常數(shù)諧振頻段計算出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)中的短截線所在直線與通道的夾角； 采用電路板刻蝕技術(shù)，在環(huán)氧樹脂PCB基板的一側(cè)刻蝕出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的制備方法，其特征在于，所述通過欲調(diào)控的負(fù)介電常數(shù)諧振頻段計算出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)中的短截線所在直線與通道的夾角具體為:
全文摘要
本發(fā)明提供一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料及其制備方法，屬于微波電磁材料技術(shù)領(lǐng)域。所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基板為環(huán)氧樹脂PCB基板，基本結(jié)構(gòu)單元為基于短截線連接的金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)。所述制備方法包括通過欲調(diào)控的負(fù)介電常數(shù)諧振頻段計算出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)中的短截線所在直線與通道的夾角；采用電路板刻蝕技術(shù)，在環(huán)氧樹脂PCB基板的一側(cè)刻蝕出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的制備方法簡單易行，用所述方法制備的多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料調(diào)節(jié)頻段簡單、性能穩(wěn)定，可用于設(shè)計研究多頻負(fù)折射率超材料、多頻帶通/帶阻濾波器、多頻電磁隱形材料和吸波材料等。
文檔編號H01Q15/00GK103178352SQ20131006865
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者文光俊, 黃勇軍, 王黃騰龍, 鐘靖平 申請人:電子科技大學(xué), 無錫成電科大科技發(fā)展有限公司