CN102856658A - 基于双σ形金属条的双入射左手材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种左手材料，特别涉及一种基于双∑形金属条的双入射左手材料。该材料的结构单元由介质基板和双∑形金属条组成，其特征在于所述双∑形金属条反向对称刻蚀在介质基板的两侧。本发明只需一种∑形金属条结构单元，就可以同时实现双入射特性和左手特性，即在电磁波平行入射和垂直入射两种情况下，同时实现负介电常数和负磁导率，通过调节单元的参数尺寸，可以改变双负频段。该结构的双入射特性拓宽了电磁波的入射角度，对左手材料的多维化和多向化发展提供了重要参考价值。

Description

基于双Σ形金属条的双入射左手材料

技术领域

本发明涉及一种左手材料，特别涉及一种基于双∑形金属条的双入射左手材料。 

背景技术

左手材料(left-handed metamaterial)是一种介电常数ε和磁导率μ同时为负的材料，最早是由前苏联的Veselago在1968年从理论上提出的，直到2001年，Smith首次提出了金属线和SRRs的组合结构，人工实现了ε和μ同时为负的材料，并实验证实了负折射现象，从此奠定了左手材料的研究基础。由于左手材料所具有的奇异电磁特性，使其成为了物理界研究的焦点，它在光学成像，微带传输线，天线雷达，电磁隐身和电磁加热等领域都具有广阔的应用前景。 

随着左手材料的快速发展，出现了越来越多的设计形式，根据电磁波的入射方向，左手材料可以分为两种：一种是电磁波平行入射介质基板实现左手特性，如对称环结构、Ω形结构、双S形结构等；一种是电磁波垂直入射介质基板实现左手特性，如金属线对结构、渔网形结构、树枝形结构等。上述的两种类型分别从两个不同方向实现了双负特性，但并不能满足两个方向同时实现双负特性，具有很大的局限性，多维数和多方向的左手材料才能更好的满足实际应用的需求。 

发明内容

本发明的目的是克服传统左手材料的复杂性和入射方向的局限性，提供一 种基于双∑形金属条的双入射左手材料，只需一种简单的结构单元，就可以同时实现双入射特性，成本低廉，便于加工和生产。 

本发明的构思是：设计反向对称放置在介质基板两侧的双∑形金属条，在电磁波平行入射和垂直入射两种情况下，同时实现负介电常数和负磁导率，从而实现双入射特性的左手材料，通过改变结构单元的参数尺寸，可以调整双负频带。 

本发明的基于双∑形金属条的双入射左手材料，该材料的结构单元由介质基板和双∑形金属条组成，其特征在于所述双∑形金属条反向对称刻蚀在介质基板的两侧。 

所述介质基板采用介电常数为9.8的氧化铝陶瓷。 

所述双∑形金属条宽度b＝6mm±2mm，高度h＝9mm±2mm，中部缺口长度g＝4mm±1mm，中间细金属条宽度s＝0.9mm±0.2mm.。 

所述双∑形金属条采取覆铜技术刻蚀在介质基板两侧，覆铜厚度为0.035mm。 

制备的工艺过程分为以下两种： 

(1)在单层介质基板上将双∑形金属条结构单元进行周期排布形成阵列，制备单层的双∑形金属条左手材料，阵列中结构单元的间距为1～10mm； 

(2)使用多片尺寸相同的单层双∑形金属条左手材料经过热压处理，制备多层的双∑形金属条左手材料，且每两层双∑形金属条左手材料之间要加入一层空白的介质基板。 

本发明的有效技术增益体现在几个方面： 

1.结构简单，制作方便。本发明的基于双∑形金属条的双入射左手材料只采用了一种∑形金属条结构单元，结构简单，易于加工。 

2.结构稳定。本发明的基于双∑形金属条的双入射左手材料采用了氧化铝陶瓷介质基板，它比一般的高分子基板具有更高的强度和耐高温性能，可以适应各种环境。 

3.双入射特性。本发明的基于双∑形金属条的双入射左手材料可以在电磁波平行入射和垂直入射两种情况下，同时实现负介电常数和负磁导率，拓宽了电磁波的入射角度，可以满足实际应用中的综合需求。 

4.便于工程设计。本发明的基于双∑形金属条的双入射左手材料可以通过调整结构单元的主要参数，实现不同的双负频段，便于工程设计和调整。 

附图说明

图1是本发明实施例1的结构图。 

图2是本发明实施例1电磁波垂直入射的S参数图。 

图3是本发明实施例1电磁波垂直入射的等效参数图，其中图(a)：等效介电常数、磁导率参数图，(b)：等效折射率参数图。 

图4是本发明实施例1电磁波平行入射的S参数图。 

图5是本发明实施例1电磁波平行入射的等效参数图，其中图(a)：等效介电常数、磁导率参数图，(b)：等效折射率参数图。 

图6是本发明实施例2的结构图。 

图7是本发明实施例3的结构图。 

具体实施方式

本发明基于双∑形金属条的双入射左手材料，该材料的结构单元由介质基板和双∑形金属条组成，双∑形金属条反向对称刻蚀在介质基板的两侧，双∑ 形金属条采取覆铜技术刻蚀在介质基板两侧，覆铜厚度为0.035mm。双∑形金属条宽度b＝6mm±2mm，高度h＝9mm±2mm，中部缺口长度g＝4mm±1mm，中间细金属条宽度s＝0.9mm±0.2mm。介质基板采用介电常数为9.8的氧化铝陶瓷。双∑形金属条结构单元通过周期排列可以在单层介质基板形成阵列，多层介质基板阵列通过热压处理可形成多层的二维双∑形金属条左手材料。 

本发明的优选实施例(结合附图)详述如下： 

实施例1：如图1，本实施例的结构单元由介质基板和双∑形金属条组成，双∑形金属条反向对称刻蚀在介质基板的两侧，双∑形金属条采取覆铜技术刻蚀在介质基板两侧，覆铜厚度为0.035mm。双∑形金属条宽度b＝6mm，高度h＝9mm，中部缺口长度g＝4mm，中间细金属条宽度s＝0.9mm，介质基板厚度为0.5mm。 

根据电磁波垂直和平行入射两个方向分析结构单元，先分析垂直入射介质基板的情况，如图2是该结构S参数的幅度曲线，如图3是等效介电常数、磁导率和等效折射率的参数图，该结构在8.67～9.02GHz频带内ε和μ实部同时为负，出现左手通带，在7.73～9.70GHz具有负的等效折射率。当电磁波平行入射时，如图4是该结构的S参数的幅度曲线，各项等效参数如图5所示，该结构在8.58～8.88GHz频带内ε和μ实部同时为负，出现左手通带，在8.05～9.07GHz具有负的等效折射率。 

当电磁波垂直射入介质基板的情况下，介质基板两侧的∑形金属条相互耦合，形成磁谐振从而产生负磁导率，而∑形金属条本身的等离子体效应产生负介电常数，从而实现双负特性。当电磁波平行射入介质基板的情况下，介质基板两侧的∑形金属条由于反相对称放置，会形成环形电路，从而形成了磁谐振同时产生负磁导率，负介电常数也由∑形金属条本身的等离子体效应产生，也 实现了双负特性。 

实施例2：如图6，本实施例将双∑形金属条结构单元进行周期排列在单层介质基板上形成阵列，制备单层的双∑形金属条左手材料，双∑形金属条结构单元参数与实施例1相同，阵列中结构单元间距为1.5mm。 

实施例3：如图7，本实施例将实施例2中的单层双∑形金属条左手材料进行热压处理，形成5层的二维左手材料，其中每两层双∑形金属条左手材料之间插入一层空白的介质基板，即由3层金属阵列介质基板和两层空白介质基板构成。 

Claims (5)

1.一种基于双∑形金属条的双入射左手材料，该材料的结构单元由介质基板和双∑形金属条组成，其特征在于所述双∑形金属条反向对称刻蚀在介质基板的两侧。

2.根据权利要求1所述的基于双∑形金属条的双入射左手材料，其特征在于所述介质基板采用介电常数为9.8的氧化铝陶瓷。

3.根据权利要求1所述的基于双∑形金属条的双入射左手材料，其特征在于所述双∑形金属条宽度b＝6mm±2mm，高度h＝9mm±2mm，中部缺口长度g＝4mm±1mm，中间细金属条宽度s＝0.9mm±0.2mm.。

4.根据权利要求1所述的基于双∑形金属条的双入射左手材料，其特征在于所述双∑形金属条采取覆铜技术刻蚀在介质基板两侧，覆铜厚度为0.035mm。

5.根据权利要求1所述的基于双∑形金属条的双入射左手材料，其特征在于制备的工艺过程分为以下两种：

(1)在单层介质基板上将双∑形金属条结构单元进行周期排布形成阵列，制备单层的双∑形金属条左手材料，阵列中结构单元的间距为1～10mm；

(2)使用多片尺寸相同的单层双∑形金属条左手材料经过热压处理，制备多层的双∑形金属条左手材料，且每两层双∑形金属条左手材料之间要加入一层空白的介质基板。

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