CN102637959B - 一种具有非均匀厚度介质基板的超材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有非均匀厚度介质基板的超材料，包括多层介质基板以及设置在介质基板上的多个人造微结构，其特征在于：所述介质基板的厚度呈非均匀分布。本发明的有益效果是，通过将介质基板的厚度设计为非均匀分布，超材料具有更为丰富的功能应用，作为本发明的具体实施方式，可以通过厚度的非均匀分布实现对电磁波的汇聚、发散和偏折作用，使超材料工艺设计更为简单，生产成本更为低廉。
Description
【技术领域】
本发明涉及超材料领域，具体地涉及一种具有非均匀厚度介质基板的超材料。
【背景技术】
超材料的基本结构包括多层介质基板以及设置在介质基板上的多个人造微结构，现有超材料的介质基板厚度均为等厚度均匀材质，对超材料功能的实现主要通过改变阵列在介质基板上的人造微结构的结构，通过对人造微结构的精确设计和控制，可以使超材料呈现出各种电磁特性，如能汇聚、发散和偏折电磁波等，而介质基板作为超材料的主体组成部分，在功能上的作用却很少。
现有的超材料为实现其电磁功能，需要将多层具有人造微结构的介质基板通过各种排布方式组装在一起，一方面需要较高的生产成本，另一方面需要采用复杂的制造工艺对人造微结构进行结构设计和精细加工。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：克服现有超材料的介质基板缺乏功能作用的缺点，通过对介质基板的厚度进行设计，提供一种具有非均匀厚度介质基板的超材料，使超材料在功能上得到应用拓展。
本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种具有非均匀厚度介质基板的超材料，包括多层介质基板以及设置在介质基板上的多个人造微结构，其特征在于：所述介质基板的厚度呈非均匀分布。
作为实施方式之一，所述介质基板为凸椭球形。
作为实施方式之一，所述介质基板为凹椭球形。
作为实施方式之一，所述介质基板的侧面为多个回形结构，所述多个回形结构的厚度不同，优选地，所述多个回形结构的厚度呈阶梯状分布。
作为实施方式之一，所述介质基板的侧面为多个环形结构，所述多个环形结构的厚度不同，优选地，所述多个环形结构的厚度呈阶梯状分布。
本发明的有益效果是，通过将介质基板的厚度设计为非均匀分布，超材料具有更为丰富的功能应用，作为本发明的具体实施方式，可以通过厚度的非均匀分布实现对电磁波的汇聚、发散和偏折作用，使超材料工艺设计更为简单，生产成本更为低廉。
【附图说明】
图1，实施例1超材料的整体结构图。
图2，实施例1介质基板的结构图。
图3，实施例2超材料的整体结构图。
图4，实施例2介质基板的结构图。
图5，实施例3介质基板的截面图。
图6，实施例3介质基板的侧面视图。
图7，实施例4介质基板的截面图。
图8，实施例4介质基板的侧面视图。
图9，实施例5介质基板的截面图。
图10，实施例5介质基板的侧面视图。
图11，实施例6介质基板的截面图。
图12，实施例6介质基板的侧面视图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种具有非均匀厚度介质基板的超材料，超材料的整体结构图参看附图1，包括层叠在一起的多层介质基板100以及设置在介质基板上的多个人造微结构200，介质基板100的结构图参看附图2，介质基板100的一侧为凸椭球形，另一侧为平板状，人造微结构200阵列在介质基板100的平板状侧面上。
对超材料而言，我们可以把人造微结构、人造微结构所占用的介质基板以及二者周围的空间看做一个对电磁波能产生电磁响应的微小单元，整个超材料由很多个微小单元组成，通过设计各个微小单元内人造微结构200的结构形状并将各个人造微结构200进行有序排列，可以使超材料获得特定的电磁特性，如各向异性、阻抗匹配等等。
因为各个微小单元的等效介电常数和等效磁导率受人造微结构200、人造微结构200所占用的介质基板100以及二者周围的空间所共同影响，所以本发明利用改变介质基板100的厚度来改变各个微小单元内介质基板100的占有比例，进而可以达到改变整个微小单元的等效介电常数和等效磁导率，如本实施例通过将介质基板100设计为一种类似凸透镜的凸椭球形，可以使经过介质基板的电磁波具有汇聚效果，使超材料在原有功能特性的基础上得到电磁波汇聚功能，以增加超材料的功能拓展。
实施例2
一种具有非均匀厚度介质基板的超材料，超材料的整体结构图参看附图3，包括层叠在一起的多层介质基板100以及设置在介质基板上的多个人造微结构200，介质基板100的结构图参看附图4，介质基板100的一侧为凹椭球形，另一侧为平板状，人造微结构200阵列在介质基板100的平板状侧面上。
根据上述设计原理和思路，本实施例通过将介质基板100设计为一种类似凹透镜的凹椭球形，可以使经过介质基板的电磁波具有发散效果，使超材料在原有功能特性的基础上得到电磁波发散功能，以增加超材料的功能拓展。
实施例3
作为上述实施例的变形，本发明还可以将介质基板100设计为如下结构，参看附图5和附图6，附图5为介质基板100的截面图，图6为介质基板100的侧面视图，介质基板100的一侧为凸台形，另一侧为平板状，人造微结构200阵列在介质基板100的平板状侧面上，从凸台形结构的侧面看，介质基板100呈回字形。
根据上述设计原理和思路，本实施例中对于超材料的各个回字形结构，其等效介电常数和等效磁导率呈阶梯状分布，一方面，通过设计人造微结构200的结构形状和排布规律，超材料能获得一定的电磁特性，另一方面，通过各个回字形结构等效介电常数和等效磁导率的阶梯状分布，超材料能获得相应的功能特性叠加，具有更为灵活的功能设计和更为丰富的功能应用。
实施例4
作为上述实施例的变形，本发明还可以将介质基板100设计为如下结构，参看附图7和附图8，附图7为介质基板100的截面图，图8为介质基板100的侧面视图，介质基板100的一侧为凹台形，另一侧为平板状，人造微结构200阵列在介质基板100的平板状侧面上，从凹台形结构的侧面看，介质基板100呈圆环形。
根据上述设计原理和思路，本实施例中对于超材料的各个圆环形结构，其等效介电常数和等效磁导率呈阶梯状分布，一方面，通过设计人造微结构200的结构形状和排布规律，超材料能获得一定的电磁特性，另一方面，通过各个圆环形结构等效介电常数和等效磁导率的阶梯状分布，超材料能获得相应的功能特性叠加，具有更为灵活的功能设计和更为丰富的功能应用。
实施例5
作为上述实施例的变形，本发明还可以将介质基板100设计为如下结构，参看附图9和附图10，附图9为介质基板100的截面图，图10为介质基板100的侧面视图，介质基板100的一侧为凹凸交替的方波形结构，另一侧为平板状，人造微结构200阵列在介质基板100的平板状侧面上，从方波形结构的侧面看，介质基板100呈回字形。
根据上述设计原理和思路，本实施例中对于超材料的各个回字形结构，其等效介电常数和等效磁导率呈阶梯状分布，一方面，通过设计人造微结构200的结构形状和排布规律，超材料能获得一定的电磁特性，另一方面，通过各个回字形结构等效介电常数和等效磁导率的高低交替分布，超材料能获得相应的功能特性叠加，具有更为灵活的功能设计和更为丰富的功能应用。
实施例6
作为上述实施例的变形，本发明还可以将介质基板100设计为如下结构，参看附图11和附图12，附图11为介质基板100的截面图，图12为介质基板100的侧面视图，介质基板100的一侧为凹凸交替的方波形结构，另一侧为平板状，人造微结构200阵列在介质基板100的平板状侧面上，从方波形结构的侧面看，介质基板100呈圆环形。
根据上述设计原理和思路，本实施例中对于超材料的各个圆环形结构，其等效介电常数和等效磁导率呈阶梯状分布，一方面，通过设计人造微结构200的结构形状和排布规律，超材料能获得一定的电磁特性，另一方面，通过各个圆环形结构等效介电常数和等效磁导率的高低交替分布，超材料能获得相应的功能特性叠加，具有更为灵活的功能设计和更为丰富的功能应用。
由上述说明可知，使用根据本发明非均匀厚度介质基板的超材料，可以使超材料具有更为丰富的功能应用，如实现对电磁波的汇聚、发散和偏折作用等，使超材料的介质基板和人造微结构同时具有各种电磁特性，为超材料形成多种特有的功能提供了解决方案。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
Claims (2)
1.一种具有非均匀厚度介质基板的超材料，包括多层介质基板以及设置在介质基板上的多个人造微结构，所述人造微结构、所述人造微结构所占用的基板以及二者周围的空间构成所述超材料，其特征在于：所述介质基板的厚度呈非均匀分布,所述介质基板的侧面为多个回形结构，所述多个回形结构的厚度不同且呈阶梯状分布。
2.一种具有非均匀厚度介质基板的超材料，包括多层介质基板以及设置在介质基板上的多个人造微结构，所述人造微结构、所述人造微结构所占用的基板以及二者周围的空间构成所述超材料，其特征在于：所述介质基板的厚度呈非均匀分布,所述介质基板的侧面为多个环形结构，所述多个环形结构的厚度不同且呈阶梯状分布。
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