透波超材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及超材料技術，更具體地說，涉及一種透波超材料。
【背景技術】
[0002]超材料是指具備一些天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。利用超材料能任意設計材料的電磁參數，使得超材料具備諸如超高介電常數、負磁導率、吸收電磁波、偏折電磁波等電磁效應。超材料通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可以突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料功能。
[0003]現有的超材料技術無法實現較寬頻帶的透波，從而限制了超材料的應用。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述無法實現寬頻透波的缺陷，提供一種透波超材料。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種透波超材料，包括由非金屬材料制成的第一基板以及陣列排布在第一基板表面的多個人造微結構，所述人造微結構包括方環結構以及設置在方環結構內部的圓環結構。
[0006]在本發明所述的透波超材料中，所述方環結構和圓環結構由金屬線制成。
[0007]在本發明所述的透波超材料中，所述方環結構的金屬線的線寬等于所述圓環結構的金屬線的線寬。
[0008]在本發明所述的透波超材料中，所述方環結構為正方環形結構。
[0009]在本發明所述的透波超材料中，所述方環結構的邊長大于所述圓環結構的直徑。
[0010]在本發明所述的透波超材料中，所述方環結構與所述圓環結構的中心重合。
[0011]在本發明所述的透波超材料中，所述透波超材料還包括第二基板，所述人造微結構夾設在第一基板和第二基板之間。
[0012]在本發明所述的透波超材料中，所述第一基板和第二基板由陶瓷材料制得。
[0013]在本發明所述的透波超材料中，所述所述陶瓷材料的損耗角正切小于0.02，相對介電常數為2?4。
[0014]在本發明所述的透波超材料中，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基板上。
[0015]實施本發明的技術方案，具有以下有益效果:本發明通過具體設計人造微結構的形狀，使得人造微結構對較寬頻帶的電磁波具有良好的透波響應。在7-18GHZ內，本發明的透波超材料的插入損耗可控制在-1dB以內。
【附圖說明】
[0016]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0017]圖1是本發明一實施例的透波超材料的結構示意圖；
[0018]圖2是單個人造微結構的示意圖；
[0019]圖3是多個人造微結構在基板上的排布示意圖；
[0020]圖4是圖1的剖視圖；
[0021]圖5是依據本發明一實施例的透波超材料的透射系數S21示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明提供了一種透波超材料，包括由非金屬材料制成的第一基板以及陣列排布在第一基板表面的多個人造微結構。制造基板的材料有多種選擇，例如陶瓷、FR4、F4B (聚四氟乙烯)、HDPE (高密度聚乙烯，High Density Polyethylene)、ABS (AcrylonitrileButadiene Styrene,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、鐵電材料、或者鐵磁材料等。
[0023]人造微結構為導電材料制成的具有一定幾何圖案的平面結構。這里的導電材料，可以是金、銀、銅等導電性能良好的金屬材料，或者主要成分為金、銀、銅中的一種或兩種的合金材料，也可以是碳納米管、摻鋁氧化鋅、銦錫氧化物等可以導電的非金屬材料。本發明中，優選銅或銀。
[0024]如圖1所示，本實施例中的透波超材料包括兩層基板，即由非金屬材料制成的第一基板10和第二基板20，以及夾設于第一基板10與第二基板20之間且陣列排布的多個人造微結構30。人造微結構之間間隔一定距離。透波超材料的剖視圖如圖4所示，第一基板10與第二基板20之間排布有多個人造微結構，形成一層人造微結構層A。第一基板10和第二基板20可以選取介電常數為2?4，損耗角正切不超過0.02的陶瓷材料，優選介電常數為3，損耗角正切為0.01的陶瓷材料。
[0025]人造微結構30的具體幾何形狀圖案見圖2和圖3。如圖2所示，人造微結構30包括方環結構31以及設置在方環結構31內部的圓環結構32。方環結構31和圓環結構32由金屬線制成。在本發明一優選實施例中，方環結構31的金屬線的線寬W等于圓環結構32的金屬線的線寬。優選地，方環結構31為正方環形結構，即圖3中的L1=L2。方環結構31的邊長LI大于圓環結構32的直徑2R。方環結構31與圓環結構32的中心重合。人造微結構30在基板上的排布見圖3所示。圖示的人造微結構30的數目僅為示意，僅用于說明人造微結構之間的排布情況，不作為對本發明的限制。
[0026]下面將結合具體實施例來說明本發明的透波超材料的應用效果。在一實施例中，方環結構31的邊長Ll=7.5mm，寬度W=0.2mm ;圓環結構32的半徑R=L 7mm，寬度為0.2mm。第一基板10與第二基板20的厚度分別為4mm，人造微結構30的厚度為0.018mm。第一基板10和第二基板20由介電常數為3，損耗角正切為0.01的陶瓷材料制得。
[0027]第一基板10和第二基板20之間通過填充液態基板原料或者通過組裝相互連接在一起。人造微結構30通過蝕刻的方式附著在第一基板10上，當然人造微結構30也可以采用電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在第一基板10或第二基板20上。第一基板10和第二基板20也可以采用其他材料制成，比如HIPS (耐沖擊性聚苯乙烯，Highimpact polystyrene)材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。
[0028]對具有上述參數的透波超材料進行仿真，其透射系數S21仿真圖如圖5所示。由圖5可以看到，透波超材料透波超材料在7?18GHz頻帶內的透射系數S21大于-0.ldB，具有高透波特性。在實際應用時，通過調節人造微結構的形狀、尺寸，可以改變材料的相對介電常數、折射率和阻抗，從而兩個通帶向高頻或低頻移動，或者改變帶寬，滿足不同頻帶需求。
[0029]實施本發明的技術方案，具有以下有益效果:本發明通過具體設計人造微結構的形狀，使得人造微結構對較寬頻帶的電磁波具有良好的透波響應。在7-18GHZ內，本發明的透波超材料的插入損耗可控制在-1dB以內。
[0030]上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發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明的啟示下，在不脫離本發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，這些均屬于本發明的保護之內。
【主權項】
1.一種透波超材料，其特征在于，包括由非金屬材料制成的第一基板以及陣列排布在第一基板表面的多個人造微結構，所述人造微結構包括方環結構以及設置在方環結構內部的圓環結構。
2.根據權利要求1所述的透波超材料，其特征在于，所述方環結構和圓環結構由金屬線制成。
3.根據權利要求2所述的透波超材料，其特征在于，所述方環結構的金屬線的線寬等于所述圓環結構的金屬線的線寬。
4.根據權利要求所述的透波超材料，其特征在于，所述方環結構為正方環形結構。
5.根據權利要求4所述的透波超材料，其特征在于，所述方環結構的邊長大于所述圓環結構的直徑。
6.根據權利要求5所述的透波超材料，其特征在于，所述方環結構與所述圓環結構的中心重合。
7.根據權利要求6所述的透波超材料，其特征在于，所述透波超材料還包括第二基板，所述人造微結構夾設在第一基板和第二基板之間。
8.根據權利要求7所述的透波超材料，其特征在于，所述第一基板和第二基板由陶瓷材料制得。
9.根據權利要求8所述的透波超材料，其特征在于，所述所述陶瓷材料的損耗角正切小于0.02，相對介電常數為2?4。
10.根據權利要求1所述的透波超材料，其特征在于，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基板上。
【專利摘要】本發明涉及一種透波超材料，包括由非金屬材料制成的第一基板以及陣列排布在第一基板表面的多個人造微結構，人造微結構包括方環結構以及設置在方環結構內部的圓環結構。本發明通過具體設計人造微結構的形狀，使得人造微結構對較寬頻帶的電磁波具有良好的透波響應。在7-18GHz內，本發明的透波超材料的插入損耗可控制在-1dB以內。
【IPC分類】H01Q15-00
【公開號】CN104682008
【申請號】CN201310643307
【發明人】劉若鵬, 王海蓮
【申請人】深圳光啟創新技術有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年12月3日