CN103036049B - 一种用作阻抗匹配的人工电磁材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用作阻抗匹配的人工电磁材料，包括至少一个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在基板表面上的人造微结构，所述人造微结构包括几何形状不同的第一人造微结构和第二人造微结构，所述基板的一个面上附着有至少一个第一人造微结构，所述基板的另一个面上附着有至少一个第二人造微结构。这种人工电磁材料能够与空气进行较好的阻抗匹配，可以满足特定场合的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料，更具体地说，涉及一种用作阻抗匹配的人工电磁材料。
背景技术
人工电磁材料，是一种新型人工合成材料，是由非金属材料制成的基板和附着在基板表面上或嵌入在基板内部的多个人造微结构构成的。基板可以虚拟地划分为阵列排布的多个基板单元，每个基板单元上附着有人造微结构，从而形成一个人工电磁材料单元，整个人工电磁材料是由很多这样的单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的。人造微结构是由导电材料制成的具有一定几何图形的平面或立体结构，例如组成圆环形、工字形的金属丝等。
由于人造微结构的存在，每个人工电磁材料单元具有不同于基板本身的电磁特性，因此人工电磁材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；通过对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可以改变整个人工电磁材料的响应特性。
当电磁波入射到两种材料的交界面时，通常会发生反射，比如当电磁波由空气入射到一般人工电磁材料上时通常反射比较多，很难满足比如武器装备、平台隐形以及雷达罩等设备需要具有较低反射特性的场合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述缺陷，提供一种新型的人工电磁材料，该材料明能与空气进行较好的阻抗匹配。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用作阻抗匹配的人工电磁材料，包括至少一个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在基板表面上的人造微结构，所述人造微结构包括几何形状不同的第一人造微结构和第二人造微结构，所述基板的一个面上附着有至少一个第一人造微结构，所述基板的另一个面上附着有至少一个第二人造微结构。
在本发明的优选实施方式中，位于所述基板相同面上的人造微结构的几何尺寸相同。
在本发明的优选实施方式中，位于所述基板相同面上的人造微结构的几何尺寸不同。
在本发明的优选实施方式中，所述第一人造微结构包括共交点的四个支路，任一所述支路的一端与所述交点相连，另一端为自由端，所述支路包括至少一个弯折部，任一所述支路以所述交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合。
在本发明的优选实施方式中，所述第一人造微结构的弯折部为直角、圆角或者尖角。
在本发明的优选实施方式中，所述第一人造微结构的任一所述支路的自由端连接有一线段。
在本发明的优选实施方式中，任一所述第一人造微结构支路的自由端与所述线段的中点相连。
在本发明的优选实施方式中，所述第二人造微结构为环形结构。
在本发明的优选实施方式中，所述环形结构为封闭环或者具有至少一个开口的开口环。
在本发明的优选实施方式中，所述环形结构为圆形环或者方形环。
实施本发明所述的人工电磁材料，具有以下有益效果：通过在基板的上下两个表面上附着第一人造微结构和第二人造微结构，调整其尺寸可使等效介电常数和磁导率接近，从而使得人工电磁材料的阻抗与空气接近，可以使这种人工电磁材料具有较好的阻抗匹配特性，可以满足特定场合的应用需求。
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是实施例中基板的一个面上附着有第一人造微结构的示意图；
图2是实施例中基板的另一个面上附着有第二人造微结构的示意图；
图3是实施例中基板的另一个面上附着大小不同的第二人造微结构的示意图；
图4至图6是实施例中基板的另一个面上附着有其他结构的第二人造微结构的示意图；
图7至图11是第一人造微结构的可能结构；
图12是实施例中一种人工电磁材料反射特性S11曲线图；
图13是图12中的人工电磁材料对应的阻抗特性曲线图。
具体实施方式
本实施例提供一种新型的人工电磁材料，包括至少一个材料片层，当具有多个材料片层时，这些材料片层沿垂直于其表面的方向堆叠到一起，每两块材料片层之间通过一定的封装工艺例如焊接、铆接、粘接等方式成为一个整体或者通过填充可连接二者的物质例如液态基板原料，其在固化后将已有的两材料片层粘合，从而使多块材料片层构成一个整体。
每个材料片层包括基板和附着在基板上下两表面上的人造微结构，将基板的上下两表面分别虚拟地划分成多个相互紧挨着的基板单元，每个基板单元上附着一个人造微结构。人造微结构可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等方式附着于基材上。第一人造微结构和第二人造微结构的由导电材料制成，这里使用铜线，当然也可以采用银线、ITO、石墨或者碳纳米管等导电材料；铜线的横截面可以为圆柱状、扁平状或者其他形状。基板采用FR-4，当然也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料等材料制成。在本实施例中基板的上表面附着有第一人造微结构时如图1所示，每个第一人造微结构包括共交点的四个支路，任一支路的一端与所述交点相连，另一端为自由端，各支路包括多个弯折部，弯折部为直角，任一支路以所述交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合，而且在每个支路的自由端连接有一线段，自由端与线段的中点相连，该人造微结构还可以由多种变形，如图7至图11所示，弯折部可以为圆角或者尖角，自由端可以连接线段也可以不连接线段，需要说明的是：为了简化起见，图7至图11中的结构都用细线来画出，实际上，上述结构都具有一定的宽度。附着在基板下表面的第二人造微结构其排布如图2所示，第二人造微结构为大小相同封闭的圆环形；当然人造微结构的大小也可以不同，如图3中所示；此外第二人造微结构也可以为图4中所示，包括两个内外相互嵌套的带有开口的开口圆环形结构；第二人造微结构还可以为图5和图6中所示的开口或者封闭的矩形环结构。当第一人造微结构如图1所示，第二人造微结构如图4所示时，通过仿真得到其对应的S11反射特性图和阻抗特性图如图12和图13所示；由图12可知具有上述结构的人工电磁材料其反射值较小，在较宽的频段内反射值都低于-10dB；由图13可知具有上述结构的人工电磁材料其阻抗在较宽的频段内都比较平稳，且其阻抗值与空气阻抗比较接近。具有上述结构的人工电磁材料能够与空气进行较好的阻抗匹配，适于应用在需要具有较低反射特性的场合，比如武器装备和雷达罩等设备上。
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，还可以对第一人造微结构和第二人造微结构的形状做出一些变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种用作阻抗匹配的人工电磁材料，包括至少一个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在基板表面上的人造微结构，其特征在于，所述人造微结构包括几何形状不同的第一人造微结构和第二人造微结构，所述基板的一个面上附着有至少一个第一人造微结构，所述基板的另一个面上附着有至少一个第二人造微结构；所述第一人造微结构包括共交点的四个支路，任一所述支路的一端与所述交点相连，另一端为自由端，所述支路包括多个弯折部，任一所述支路以所述交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合；所述第一人造微结构的任一所述支路的自由端连接有一线段；任一所述第一人造微结构支路的自由端与所述线段的中点相连；所述第二人造微结构为一个环形结构或者至少两个嵌套的环形结构。
2.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其特征在于，位于所述基板相同面上的人造微结构的几何尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其特征在于，位于所述基板相同面上的人造微结构的几何尺寸不同。
4.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其特征在于，所述第一人造微结构的弯折部为直角、圆角或者尖角。
5.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其特征在于，所述环形结构为封闭环或者具有至少一个开口的开口环。
6.根据权利要求5所述的人工电磁材料，其特征在于，所述环形结构为圆形环或者矩形环。
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