CN103094696A - 一种具有宽频高折射率和低色散特性的人工电磁材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有宽频高折射率和低色散特性的人工电磁材料，包括至少一个人工电磁材料片层，每个人工电磁材料片层包括两块相对的基板和附着在所述两块基板之间的至少一个风车形人造微结构。这种结构的人工电磁材料在较宽的频带范围内具有较高的折射率且折射率变化比较平稳，可以满足特殊场合的需求，比如半导体制造以及天线制造等领域，具有广阔的应用前景。

Description

一种具有宽频高折射率和低色散特性的人工电磁材料
技术领域
本发明涉及一种人工电磁材料，更具体地说，涉及一种具有宽频高折射率和低色散特性的人工电磁材料。
背景技术
人工电磁材料，俗称超材料，是一种能够对电磁波产生响应的新型人工合成材料，由基板和附着在基板上的人造微结构组成。由于人造微结构通常是由导电材料排布成的具有一定几何图案的结构，因此能够对电磁波产生响应，从而使超材料整体体现出不同于基板的电磁特性，例如介电常数ε和磁导率μ不同，根据折射率公式
Figure BDA0000103844750000011
可知，折射率n也不同。
现有的人工电磁材料，其人造微结构通常采用图3中所示的ELC结构，包括两个开口相对的开口环和连接两个开口环的连接线，其折射率特性如图4所示，由折射率特性曲线图可知：在5GHz～10GHz之间折射率数值较小，且变化比较剧烈即色散特性比较高。所以很难满足一些特殊场合对宽频高折射率和低色散特性的需求，比如半导体制造以及天线制造等领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种具有宽频高折射率和低色散特性的人工电磁材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有宽频高折射率和低色散特性的人工电磁材料，包括至少一个人工电磁材料片层，每个人工电磁材料片层包括两块相对的基板和附着在所述两块基板之间的至少一个风车形人造微结构。
在本发明的优选实施方式中，所述风车形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，任一所述支路以所述交点为圆心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合，任一所述支路上沿顺时针或者逆时针方向设置有一端与所述支路相连另一端为自由端的至少一个线段。
在本发明的优选实施方式中，相邻基板之间通过组装或者在相邻基板之间填充可连接二者的物质将两者粘合固定在一起。
在本发明的优选实施方式中，相邻基板之间填充液态基板原料，其在固化后将相邻基板粘合固定在一起。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻或者光刻附着于所述基板上。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构通过电子刻或者离子刻附着于所述基板上。
在本发明的优选实施方式中，所述基板由FR-4、陶瓷或者聚四氟乙烯制成。
在本发明的优选实施方式中，所述基板由铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料制成。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构由导电材料制成。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构由银、铜、ITO、石墨或者碳纳米管制成。
实施本发明的人工电磁材料，具有以下有益效果：这种结构的人工电磁材料在较宽的频带范围内具有较高的折射率且折射率变化比较平稳，即具有较好的宽频和低色散特性，可以满足特殊场合的需求，比如半导体制造以及天线制造等领域，具有广阔的应用前景。
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是本发明所述的人工电磁材料的一个片层的结构示意图；
图2是由图1所示的人工电磁材料片层堆叠形成的人工电磁材料的结构示意图；
图3是现有技术中人造微结构为ELC结构的每个人工电磁材料片层的拆分结构示意图；
图4是图3所示的人工电磁材料的折射率特性曲线示意图；
图5是实施例所示的一个人工电磁材料片层的拆分结构示意图；
图6是图5中一个风车形人造微结构的结构示意图；
图7是实施例所示的人工电磁材料的折射率特性曲线示意图；
图8和图9是人造微结构的可能结构。
具体实施方式
本实施例提供了一种具有宽频高折射率和低色散特性的人工电磁材料，包括一个人工电磁材料片层1，如图1所示，当然人工电磁材料也可以包括多于1个的人工电磁材料片层1，当人工电磁材料片层1有多个时，各个人工电磁材料片层1沿垂直于片层表面的方向叠加，并通过机械连接、焊接或粘合的方式组装成一体，如图2所示。
如图5所示，人工电磁材料片层1包括两个基板和位于两块基板之间的风车形人造微结构，该风车形人造微结构如图6所示，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，任一所述支路以所述交点为圆心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合，任一所述支路上沿顺时针方向设置有一端与所述支路相连另一端为自由端的两个相平行的线段，其中两块基板之间附着有2×3个人工电磁材料单元，每个单元的大小为2.5mm×2.5mm、基板为FR-4，基板厚度为0.2mm、人造微结构采用线宽为0.4mm的铜线、线间距为0.1mm。通过仿真实验该人工电磁材料对应的折射率特性如图7所示，由图7可知在非常宽的一段频率上(0至15GHz)折射率非常平稳且大于6.3GHz。
人造微结构通过蚀刻的方式附着在基板上，当然人造微结构也可以采用电镀、钻刻、光刻、电子刻或者离子刻等方式附着在基板上。基板采用FR-4材料，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制成。人造微结构采用铜线制成，当然也可以采用银线、ITO、石墨或者碳纳米管等导电材料制成。
与现有技术中ELC结构的人工电磁材料的折射率相比可知，本发明提供的人工电磁材料具有更好的折射率特性，可以满足特殊场合的需求，比如半导体制造以及天线制造等领域，具有广阔的应用前景。
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，还可做出很多变形，比如，人造微结构可以为图8和图9所示，各支路组合呈逆时针方向旋转的风车型，各支路可以连接两条或者两条以上的线段；这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种具有宽频高折射率和低色散特性的人工电磁材料，其特征在于，包括至少一个人工电磁材料片层，每个人工电磁材料片层包括两块相对的基板和附着在所述两块基板之间的至少一个风车形人造微结构。
2.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其特征在于，所述风车形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，任一所述支路以所述交点为圆心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合，任一所述支路上沿顺时针或者逆时针方向设置有一端与所述支路相连另一端为自由端的至少一个线段。
3.根据权利要求2所述的人工电磁材料，其特征在于，相邻基板之间通过组装或者在相邻基板之间填充可连接二者的物质将两者粘合固定在一起。
4.根据权利要求3所述的人工电磁材料，其特征在于，相邻基板之间填充液态基板原料，其在固化后将相邻基板粘合固定在一起。
5.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其特征在于，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻或者光刻附着于所述基板上。
6.根据权利要求1所述的人工电磁材料，其特征在于，所述人造微结构通过电子刻或者离子刻附着于所述基板上。
7.根据权利要求1至6任一所述的人工电磁材料，其特征在于，所述基板由FR-4、陶瓷或者聚四氟乙烯制成。
8.根据权利要求1至6任一所述的人工电磁材料，其特征在于，所述基板由铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料制成。
9.根据权利要求1至6任一所述的人工电磁材料，其特征在于，所述人造微结构由导电材料制成。
10.根据权利要求9所述的人工电磁材料，其特征在于，所述人造微结构由银、铜、ITO、石墨或者碳纳米管制成。
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