CN102723606A - 一种宽频低色散超材料 - Google Patents

一种宽频低色散超材料 Download PDF

Info

Publication number
CN102723606A
CN102723606A CN2012101738786A CN201210173878A CN102723606A CN 102723606 A CN102723606 A CN 102723606A CN 2012101738786 A CN2012101738786 A CN 2012101738786A CN 201210173878 A CN201210173878 A CN 201210173878A CN 102723606 A CN102723606 A CN 102723606A
Authority
CN
China
Prior art keywords
line
substrate
chromatic dispersion
artificial micro
branch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012101738786A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102723606B (zh
Inventor
刘若鹏
季春霖
岳玉涛
余铨强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Original Assignee
Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuang Chi Innovative Technology Ltd filed Critical Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Priority to CN201210173878.6A priority Critical patent/CN102723606B/zh
Publication of CN102723606A publication Critical patent/CN102723606A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102723606B publication Critical patent/CN102723606B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种宽频低色散超材料，包括第一基板及附着在第一基板一侧表面上的多个人造微结构，所述人造微结构为由导电材料制成的丝线，所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线，所述第一主线两端连接有两个第一支线，所述第二主线两端连接有两个第二支线，每一所述第一支线的两端向里弯折延伸出两个第一折线，每一所述第二支线的两端向里弯折延伸出两个第二折线。根据本发明的宽频低色散超材料，能够在较宽频段提供较稳定的折射率，即具有宽频低色散的特性。

Description

一种宽频低色散超材料
技术领域
本发明涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种宽频低色散超材料。
背景技术
材料的折射率随频率变化的特性即为色散，目前常用的超材料通常采用如图1所示的开口谐振环结构（SRR）。图6是对其做的仿真（折射率参数），可以看出，对于0-5GHZ范围内入射电磁波其折射率是比较稳定的（低色散），但是，在某些领域（例如微波天线），需要在更宽的频段内实现低色散特性，即更宽频段内的折射率的平稳变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有的超材料无法实现更宽频段内的低色散特性的缺陷，提供一种在更宽的频段内实现低色散特性的宽频低色散超材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种宽频低色散超材料，包括第一基板及附着在第一基板一侧表面上的多个人造微结构，所述人造微结构为由导电材料制成的丝线，所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线，所述第一主线两端连接有两个第一支线，所述第二主线两端连接有两个第二支线，每一所述第一支线的两端向里弯折延伸出两个第一折线，每一所述第二支线的两端向里弯折延伸出两个第二折线。
进一步地，所述第一主线及第二主线相互垂直平分，所述第一主线与第二主线的长度相同，所述两个第一支线长度相同，所述第一主线两端连接在两个第一支线的中点上，所述两个第二支线长度相同，所述第二主线两端连接在两个第二支线的中点上，所述第一支线与第二支线的长度相等。
进一步地，所述第一折线与第一支线所成的夹角为θ1，所述第二折线与第二支线所成的夹角为θ2，且有，
θ1=θ2；θ1≤45°。
进一步地，所述第一折线与第一支线所成的夹角θ1及所述第二折线与第二支线所成的夹角θ2均为45度。
进一步地，所述人造微结构各处的厚度相同，其厚度为H2，0.01mm≤H2≤0.5mm；
所述人造微结构各处的线宽相同，其线宽为W，0.08mm≤W≤0.3mm；
所述第一折线与第二折线的距离为d1，0.08mm≤d1≤0.3mm；
所述第一折线的末端与第一主线平齐，所述第二折线的末端与第二主线平齐，所述第一折线与第二折线等长；
所述第一折线的末端与第一主线的距离为d2，0.08mm≤d2≤0.3mm；
所述第二折线的末端与第二主线的距离为d3，0.08mm≤d3≤0.3mm；
并且，相邻两个人造微结构之间的间隔为WL，0.08mm≤WL≤0.3mm；
相邻两个人造微结构之间的距离为L，1mm≤L≤30mm。
进一步地，所述宽频低色散超材料还包括覆盖在多个人造微结构上的第二基板。
进一步地，所述第一基板与第二基板厚度相同，其厚度为H1，0.1mm≤H1≤1mm。
进一步地，所述第一基板与第二基板的介电常数相同，其介电常数取值范围为2.5-2.8。
进一步地，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯制成。
进一步地，所述人造微结构由铜线或者银线制成，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述第一基板上。
进一步地，所述人造微结构由铟锡氧化物、碳纳米管或者石墨制成。
本发明的超材料通过设计人造微结构的形状，能够使得该超材料在较宽频段提供较稳定的折射率，即具有宽频低色散的特性。该超材料可以广泛应用在平板天线的制造，例如平面卫星电视天线或者平面微波天线；另外通过该超材料的一定频段电磁波具有很小的损耗，可以用于天线罩，例如基站天线罩。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术的超材料的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的宽频低色散超材料的结构示意图（透视）；
图3是图2所示的宽频低色散超材料去掉第二基板后的正视图；
图4是单个人造微结构的结构示意图；
图5是本发明第二实施例的宽频低色散超材料的结构示意图；
图6是图1所示的现有技术的超材料的仿真示意图；
图7是图2所示实施例的宽频低色散超材料的仿真示意图。
具体实施方式
如图2至图4所示，为本发明第一实施例的宽频低色散超材料，其包括第一基板1、附着在第一基板1一侧表面上的多个人造微结构3及覆盖在多个人造微结构3上的第二基板2。所述人造微结构3具有相互垂直平分的第一主线31及第二主线32，所述第一主线31与第二主线32的长度相同，所述第一主线31两端连接有相同长度的两个第一支线Z1，所述第一主线31两端连接在两个第一支线Z1的中点上，所述第二主线32两端连接有相同长度的两个第二支线Z2，所述第二主线32两端连接在两个第二支线Z2的中点上，所述第一支线Z1与第二支线Z2的长度相等，每一所述第一支线Z1的两端向里弯折延伸出两个第一折线ZX1，每一所述第二支线Z2的两端向里弯折延伸出两个第二折线ZX2。
图2为透视图，即假定第一基板与第二基板透明，人造微结构不透明。
本实施例中，所述第一折线ZX1与第一支线Z1所成的夹角为θ1，所述第二折线ZX2与第二支线Z2所成的夹角为θ2，且有，
θ1=θ2；θ1≤45°。
优选地，所述第一折线ZX1与第一支线Z1所成的夹角θ1及所述第二折线ZX2与第二支线Z2所成的夹角θ2均为45度。即第一折线Z1与第二折线Z2平行。
本实施例中，如图3及图4所示，所述人造微结构各处的厚度相同，其厚度为H2，0.01mm≤H2≤0.5mm；
所述人造微结构各处的线宽相同，其线宽为W，0.08mm≤W≤0.3mm；
所述第一折线与第二折线的距离为d1，0.08mm≤d1≤0.3mm；
所述第一折线的末端与第一主线平齐，所述第二折线的末端与第二主线平齐，所述第一折线与第二折线等长；
所述第一折线的末端与第一主线的距离为d2，0.08mm≤d2≤0.3mm；
所述第二折线的末端与第二主线的距离为d3，0.08mm≤d3≤0.3mm；
并且，相邻两个人造微结构之间的间隔为WL，0.08mm≤WL≤0.3mm；如图3所示，WL即为相邻两个人造微结构的相对的两个第一支线的距离，也即相邻两个人造微结构的相对的两个第二支线的距离。
相邻两个人造微结构之间的距离为L，1mm≤L≤30mm；如图3所示，L即为相邻两个人造微结构的两个的第一支线（或两个第二支线）之间的距离；也即相邻两个人造微结构中心点之间的距离。L的长度与入射电磁波有关，通常L的长度小于入射电磁波的波长，例如L可以是入射电磁波的十分之一，这样可以对入射电磁波产生连续的响应。
本实施例中，所述人造微结构3为由导电材料制成的丝线。例如铜线、银线及其它金属线，采用金属材料制成的人造微结构，可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述第一基板1上。另外，人造微结构3还可以由其它非金属的导电材料制成，例如，铟锡氧化物、碳纳米管或者石墨等。
本发实施例中，所述第一基板1与第二基板2厚度相同，其厚度为H1，0.1mm≤H1≤1mm。并且，所述第一基板1与第二基板2的介电常数相同，其介电常数取值范围为2.5-2.8。
本实施例中，第一基板1及第二基板2可以由任意的介电材料制成，例如陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料。高分子材料，例如可以有F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯（PS）等。
本实施例中，采用具有如下参数的超材料进行仿真，
相邻两个人造微结构之间的距离L为2.5mm；
人造微结构的厚度H2为0.018mm；
人造微结构的线宽W为0.15mm；
第一折线与第一支线所成的夹角为θ1等于45度，第二折线与第二支线所成的夹角为θ2等于45度；
第一折线与第二折线的距离d1为0.15mm；
第一折线的末端与第一主线的距离d2为0.15mm，所述第二折线的末端与第二主线的距离d3为0.15mm；
相邻两个人造微结构之间的间隔WL为0.15mm；
第一基板与第二基板为介电常数为2.7的PS塑料板，损耗正切为0.0002。
对具有上述参数的超材料进行仿真，即测试该超材料在不同频率下的折射率，得到折射率相对于频率的电磁响应曲线如图7所示。由图可知，所述超材料能在非常宽的一段频率上（0～10GHz）有很好的低色散性能。稳定的折射率可以为平板天线的制造创造极为有利的条件，同时，该超材料还具有很低的电磁损耗，可以应用在基站天线罩等领域。
另外，如图5所示，本发明还提供了第二实施例的宽频低色散超材料，与第一实施例的区别在于，该实施例中，只有第一基板；其性能与第一实施例的宽频低色散超材料基本相同。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (11)

1.一种宽频低色散超材料，其特征在于，包括第一基板及附着在第一基板一侧表面上的多个人造微结构，所述人造微结构为由导电材料制成的丝线，所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线，所述第一主线两端连接有两个第一支线，所述第二主线两端连接有两个第二支线，每一所述第一支线的两端向里弯折延伸出两个第一折线，每一所述第二支线的两端向里弯折延伸出两个第二折线。
2.根据权利要求1所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一主线及第二主线相互垂直平分，所述第一主线与第二主线的长度相同，所述两个第一支线长度相同，所述第一主线两端连接在两个第一支线的中点上，所述两个第二支线长度相同，所述第二主线两端连接在两个第二支线的中点上，所述第一支线与第二支线的长度相等。
3.根据权利要求2所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一折线与第一支线所成的夹角为θ1，所述第二折线与第二支线所成的夹角为θ2，且有，
θ1=θ2；θ1≤45°。
4.根据权利要求3所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一折线与第一支线所成的夹角θ1及所述第二折线与第二支线所成的夹角θ2均为45度。
5.根据权利要求4所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述人造微结构各处的厚度相同，其厚度为H2，0.01mm≤H2≤0.5mm；
所述人造微结构各处的线宽相同，其线宽为W，0.08mm≤W≤0.3mm；
所述第一折线与第二折线的距离为d1，0.08mm≤d1≤0.3mm；
所述第一折线的末端与第一主线平齐，所述第二折线的末端与第二主线平齐，所述第一折线与第二折线等长；
所述第一折线的末端与第一主线的距离为d2，0.08mm≤d2≤0.3mm；
所述第二折线的末端与第二主线的距离为d3，0.08mm≤d3≤0.3mm；
并且，相邻两个人造微结构之间的间隔为WL，0.08mm≤WL≤0.3mm；
相邻两个人造微结构之间的距离为L，1mm≤L≤30mm。
6.根据权利要求1所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述宽频低色散超材料还包括覆盖在多个人造微结构上的第二基板。
7.根据权利要求6所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一基板与第二基板厚度相同，其厚度为H1，0.1mm≤H1≤1mm。
8.根据权利要求7所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一基板与第二基板的介电常数相同，其介电常数取值范围为2.5-2.8。
9.根据权利要求8所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯制成。
10.根据权利要求1所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述人造微结构由铜线或者银线制成，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述第一基板上。
11.根据权利要求1所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述人造微结构由铟锡氧化物、碳纳米管或者石墨制成。
CN201210173878.6A 2012-05-30 2012-05-30 一种宽频低色散超材料 Active CN102723606B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210173878.6A CN102723606B (zh) 2012-05-30 2012-05-30 一种宽频低色散超材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210173878.6A CN102723606B (zh) 2012-05-30 2012-05-30 一种宽频低色散超材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102723606A true CN102723606A (zh) 2012-10-10
CN102723606B CN102723606B (zh) 2015-01-21

Family

ID=46949310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210173878.6A Active CN102723606B (zh) 2012-05-30 2012-05-30 一种宽频低色散超材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102723606B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347958A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 深圳光启创新技术有限公司 基站天线
CN109884808A (zh) * 2019-04-18 2019-06-14 中国科学院光电技术研究所 一种基于介质柱结构的离轴入射多波长色散调控超表面

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090262766A1 (en) * 2006-10-19 2009-10-22 Houtong Chen Active terahertz metamaterial devices
CN101826657A (zh) * 2009-03-06 2010-09-08 财团法人工业技术研究院 双极化天线结构、天线罩及其设计方法
CN102204008A (zh) * 2008-08-22 2011-09-28 杜克大学 用于表面和波导的超材料
WO2011136081A1 (ja) * 2010-04-28 2011-11-03 古河電気工業株式会社 平面構造ｅｂｇ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090262766A1 (en) * 2006-10-19 2009-10-22 Houtong Chen Active terahertz metamaterial devices
CN102204008A (zh) * 2008-08-22 2011-09-28 杜克大学 用于表面和波导的超材料
CN101826657A (zh) * 2009-03-06 2010-09-08 财团法人工业技术研究院 双极化天线结构、天线罩及其设计方法
WO2011136081A1 (ja) * 2010-04-28 2011-11-03 古河電気工業株式会社 平面構造ｅｂｇ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TIE JUN CUI ET AL: "《Metamaterials Theory,Design,and Applications》", 31 December 2010, SPRINGER NEW YORK DORDRECHT HEIDELBERG LONDON *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347958A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 深圳光启创新技术有限公司 基站天线
CN109884808A (zh) * 2019-04-18 2019-06-14 中国科学院光电技术研究所 一种基于介质柱结构的离轴入射多波长色散调控超表面

Also Published As

Publication number Publication date
CN102723606B (zh) 2015-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102760966B (zh) 宽频高透波超材料及其天线罩和天线系统
CN103296409B (zh) 宽频带超材料天线罩及天线系统
CN102769198A (zh) 一种人工电磁材料、天线罩及天线系统
CN102723603A (zh) 一种喇叭天线
CN102769197B (zh) 透波材料及其天线罩和天线系统
CN102769160A (zh) 双通带透波材料及其天线罩和天线系统
CN102842758A (zh) 透波材料及其天线罩和天线系统
CN102760962A (zh) 宽频透波超材料及其天线罩和天线系统
CN103296419A (zh) 宽频带超材料天线罩及天线系统
Dawar et al. Bandwidth enhancement of RMPA using ENG metamaterials at THz
CN102723598A (zh) 超材料微波天线罩及天线系统
CN102723606A (zh) 一种宽频低色散超材料
CN102856658A (zh) 基于双σ形金属条的双入射左手材料
CN202487770U (zh) 宽频带超材料天线罩及天线系统
CN102760961B (zh) 一种宽频低色散超材料
CN102480055A (zh) 一种负磁导率超材料
CN202487767U (zh) 具有滤波功能的超材料天线罩
CN102723604B (zh) 一种喇叭天线
CN102769201A (zh) 双频带通透波材料及其天线罩和天线系统
CN102723607A (zh) 一种宽频低色散超材料
CN102637950A (zh) 具有滤波功能的超材料天线罩
CN102856642B (zh) 宽频带超材料天线罩
CN103296413A (zh) 宽频高透波超材料天线罩及天线系统
Alitalo et al. Demonstration of electromagnetic cloaking of conducting object by dielectric material cover
CN102769202A (zh) 双频带通透波材料及其天线罩和天线系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SHENZHEN KUANG-CHI INSTITUTE OF ADVANCED TECHNOLOG

Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN KUANG-CHI INNOVATION TECHNOLOGY CO., LTD.

Effective date: 20141029

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518034 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE TO: 518057 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE

TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20141029

Address after: 518057 building, No. 9, No. 2 software building, Nanshan District central high tech Zone, Shenzhen, Guangdong

Applicant after: Shenzhen Kuang-Chi Institute of Advanced Technology

Address before: 518034 A international business center, No. 1061, Xiang Mei Road, Guangdong, Shenzhen, Futian District, China 18B

Applicant before: Shenzhen Kuang-Chi Innovation Technology Co., Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant