CN104485514A - 一种宽频段低色散负折射材料 - Google Patents

一种宽频段低色散负折射材料 Download PDF

Info

Publication number
CN104485514A
CN104485514A CN201510008859.1A CN201510008859A CN104485514A CN 104485514 A CN104485514 A CN 104485514A CN 201510008859 A CN201510008859 A CN 201510008859A CN 104485514 A CN104485514 A CN 104485514A
Authority
CN
China
Prior art keywords
negative
ring
frequency
semicircle
wide
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
CN201510008859.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104485514B (zh
Inventor
杨荣草
李建平
李晋英
张文梅
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.)
Shanxi University
Original Assignee
Shanxi University
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 Shanxi University filed Critical Shanxi University
Priority to CN201510008859.1A priority Critical patent/CN104485514B/zh
Publication of CN104485514A publication Critical patent/CN104485514A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104485514B publication Critical patent/CN104485514B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种宽频段低色散负折射材料，其基本结构单元包括介质基板、十字线和半圆形开口对环；所述十字线和半圆形开口对环刻蚀在介质基板的正反两面；所述半圆形开口对环是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板一侧的中心成镜像；所述十字线的四个边缘与介质基板的四个边缘齐平。本发明通过设计负折射材料单元结构的形状和结构参数，能够使负折射材料在50GHz附近的宽频段内出现低色散的负折射特性，同时在另一相邻的较宽频段内表现出高的反射率，通过调整结构单元的主要参数，可以实现负折射频段的偏移和反射率对应频段的增加，可广泛应用于微波平板天线和微波反射器。

Description

一种宽频段低色散负折射材料
技术领域
本发明涉及一种负折射材料，更具体地说，涉及一种宽频段低色散负折射材料。
背景技术
负折射材料是一种人工复合材料，其电磁特性取决于构成其结构单元的大小及其排列方式。通过设计构成材料的基本结构单元，可以在一定的频段内实现负的折射率。负折射材料具有反常的电磁特性，如逆Snell折射、逆Doppler频移、逆Goos-Hanchen相移和反Cerenkov辐射等，在超透镜、隐形衣、全向滤波器等方面具有潜在的应用。
材料的折射率随频率的变化特性称为色散，折射率随频率缓慢变化即为低色散。目前，现有的负折射材料可以在微波和光波波段实现单频段或多频段的负折射，但这远远不能满足大容量微波通信的需求，需要具有宽的负折射频段且具有低色散特性的负折射材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有的负折射材料无法在更宽频段内实现低色散负折射率的问题，提出一种在更宽频段内实现低色散负折射率超材料。
本发明提供的一种宽频低色散负折射材料，组成负折射材料的基本结构单元包括介质基板、十字线和半圆形开口对环；十字线和半圆形开口对环分别刻蚀在介质基板的正反两面；所述半圆形开口对环是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板面的中心成镜像，所述十字线的四个边缘与介质基板的四个边缘齐平。
所述介质基板是相对介电常数为4.4的FR-4。
所述介质基板的尺寸为1mm×1mm×0.1mm。
所述十字线和半圆形开口对环刻蚀厚度为0.02mm。
所述半圆形开口对环各处的线宽相同，其线宽为w,0.028mm≤w≤0.032mm。
所述半圆形开口对环的外半径R为0.4mm,内半径为r,0.368mm≤r≤0.372mm。
所述半圆形开口对环开口大小为g,0.29mm≤g≤0.34mm。
所述两个半圆形开口环之间的距离为n,0.098mm≤n≤0.104mm。
所述十字线的线宽为L,0.41mm≤L≤0.42mm。
所述十字线和半圆形开口对环由铜制成，通过蚀刻、电镀、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述介质基板上。
本发明通过设计负折射材料单元结构的形状和结构参数，能够使负折射材料在50GHz附近的宽频段内出现低色散的负折射特性，同时在另一相邻的较宽频段内表现出高的反射率，通过调整结构单元的主要参数，可以实现负折射频段的偏移和反射率对应频段的增加，可广泛应用于微波平板天线和微波反射器。
附图说明
图1是本发明的基本结构单元结构示意图；
图2是本发明的基本结构单元结构中的十字线示意图；
图3是本发明的基本结构单元结构中的半圆形开口对环示意图；
图4是实施例1的仿真S11和S21曲线图；
图5是利用S参数反演法提取的实施例1的折射率图；
图6是实施例2的仿真S11和S21曲线图；
图7是利用S参数反演法提取的实施例2的折射率图；
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
图1是本发明的基本结构单元结构示意图，由介质基板1、十字线2和半圆形开口对环3组成；十字线2和半圆形开口对环3分别刻蚀在介质基板1的正反两面；所述半圆形开口对环3是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板面的中心成镜像，所述十字线2的四个边缘与介质基板1的四个边缘齐平。
其介质基板1为相对介电常数为4.4的FR-4，尺寸为1mm×1mm×0.1mm；在厚度为0.1mm的介质基板FR-4的正反两面分别刻蚀十字线2和半圆形开口对环3，构成负折射材料的单元结构。
所述十字线的各处的线宽相同，其线宽为L，0.41mm≤L≤0.42mm。
所述十字线和半圆形开口对环的各处的厚度相同，其厚度为0.02mm。
所述半圆形开口对环各处的线宽相同，其线宽为w,0.028mm≤w≤0.032mm。
所述半圆形开口对环的外半径R为0.4mm,内半径为r,0.368mm≤r≤0.372mm。
所述半圆形开口对环开口大小为g,0.29mm≤g≤0.34mm。
所述两个半圆形开口环之间的距离为n,0.098mm≤n≤0.104mm。
所述十字线和半圆形开口对环由铜制成，通过蚀刻、电镀、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述介质基板上。
采用具有如下参数的负折射材料进行仿真：
实施例1
十字线的宽度L为0.4182mm；
半圆形开口对环的环宽度w为0.03mm；
半圆形开口对环开口大小g为0.32mm；
两个半圆形开口环之间的距离n为0.01mm；
半圆形开口对环内半径r为0.37mm；
对上述的负折射材料利用HFSS软件进行仿真模拟，得到的反射参数S11、传输参数S21和折射率关于频率的电磁响应曲线分别如图4、图5所示。从此图4可以看出，当电磁波激励该材料时，该材料的S11的幅度大约在0-50GHz的频段上，反射率|S11|2≥95％。图5表明该材料大约在45GHz-56GHz(11GHz)的频段内具有低色散负折射率，同时在42.5GHz-60GHz的频段范围内，其折射率为负。
实施例2
与实施例1不同的是，实施例2的十字线宽度L为0.41mm；半圆形开口对环开口大小g为0.296mm。
对上述的负折射材料利用HFSS软件进行仿真模拟，得到的反射参数S11、传输参数S21参数和折射率关于频率的电磁响应曲线如图6、图7所示。由图6可知，当电磁波激励该材料时，该材料大约在0-50GHz的频段上具有较高的反射率|S11|2，|S11|2≥95％。图7中，在47.5GHz-57.5GHz(10GHz)的频段内，该材料表现出低色散负折射率，并且其折射率在40GHz-62.5GHz频段上为负。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是上述的具体实施例只是本发明的示意性的实施方式，在不脱离发明宗旨和权利要求书所保护的范围内，还可以有很多其他具体的实施形式，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种宽频低色散负折射材料，其特征在于，组成负折射材料的基本结构单元包括介质基板(1)、十字线(2)和半圆形开口对环(3)；十字线(2)和半圆形开口对环(3)分别刻蚀在介质基板(1)的正反两面；所述半圆形开口对环(3)是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板面的中心成镜像，所述十字线(2)的四个边缘与介质基板(1)的四个边缘齐平；
所述介质基板是相对介电常数为4.4的FR-4；
所述介质基板的尺寸为1mm×1mm×0.1mm；
所述十字线和半圆形开口对环刻蚀厚度为0.02mm；
所述半圆形开口对环各处的线宽相同，其线宽为w,0.028mm≤w≤0.032mm；
所述半圆形开口对环的外半径R为0.4mm,内半径为r,0.368mm≤r≤0.372mm；
所述半圆形开口对环开口大小为g,0.29mm≤g≤0.34mm；
所述两个半圆形开口环之间的距离为n,0.098mm≤n≤0.104mm；
所述十字线的线宽为L，0.41mm≤L≤0.42mm；
所述十字线和半圆形开口对环由铜制成。
CN201510008859.1A 2015-01-08 2015-01-08 一种宽频段低色散负折射材料 Expired - Fee Related CN104485514B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510008859.1A CN104485514B (zh) 2015-01-08 2015-01-08 一种宽频段低色散负折射材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510008859.1A CN104485514B (zh) 2015-01-08 2015-01-08 一种宽频段低色散负折射材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104485514A true CN104485514A (zh) 2015-04-01
CN104485514B CN104485514B (zh) 2017-10-17

Family

ID=52760035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510008859.1A Expired - Fee Related CN104485514B (zh) 2015-01-08 2015-01-08 一种宽频段低色散负折射材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104485514B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105609908A (zh) * 2016-03-07 2016-05-25 中国矿业大学 极化和大角度入射不敏感双波段带通滤波器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080296710A1 (en) * 2005-09-30 2008-12-04 The Government Of The Us, As Represented By The Secretary Of The Navy Photoconductive Metamaterials with Tunable Index of Refraction
US8054146B2 (en) * 2005-11-14 2011-11-08 Iowa State University Research Foundation, Inc. Structures with negative index of refraction
JP4843468B2 (ja) * 2006-11-22 2011-12-21 Ｎｅｃトーキン株式会社 高表面インピーダンス構造体、アンテナ装置、及びｒｆｉｄタグ
CN102479999A (zh) * 2011-03-18 2012-05-30 深圳光启高等理工研究院 阻抗匹配元件
CN102769205A (zh) * 2012-07-24 2012-11-07 电子科技大学 一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法
CN103618138A (zh) * 2013-12-17 2014-03-05 山西大学 小型化差分微带天线

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080296710A1 (en) * 2005-09-30 2008-12-04 The Government Of The Us, As Represented By The Secretary Of The Navy Photoconductive Metamaterials with Tunable Index of Refraction
US8054146B2 (en) * 2005-11-14 2011-11-08 Iowa State University Research Foundation, Inc. Structures with negative index of refraction
JP4843468B2 (ja) * 2006-11-22 2011-12-21 Ｎｅｃトーキン株式会社 高表面インピーダンス構造体、アンテナ装置、及びｒｆｉｄタグ
CN102479999A (zh) * 2011-03-18 2012-05-30 深圳光启高等理工研究院 阻抗匹配元件
CN102769205A (zh) * 2012-07-24 2012-11-07 电子科技大学 一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法
CN103618138A (zh) * 2013-12-17 2014-03-05 山西大学 小型化差分微带天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈诚，杨荣草，薛文瑞，张文梅: "一种新型双频带左手材料的设计", 《光学学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105609908A (zh) * 2016-03-07 2016-05-25 中国矿业大学 极化和大角度入射不敏感双波段带通滤波器

Also Published As

Publication number Publication date
CN104485514B (zh) 2017-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Compact printed ultra-wideband monopole antenna with dual band-notched characteristics
Nejati et al. Effect of photonic crystal and frequency selective surface implementation on gain enhancement in the microstrip patch antenna at terahertz frequency
Zhang et al. On the synthesis of a flat lens using a wideband low-reflection gradient-index metamaterial
CN102790283A (zh) 基于亚铁磁体的可调谐三频负磁导率超材料及制备方法
Nuthakki et al. Via-less CRLH-TL unit cells loaded compact and bandwidth-enhanced metamaterial based antennas
Dalkılıç et al. Analysis of conformal frequency selective surface radome
CN104485514A (zh) 一种宽频段低色散负折射材料
Wang et al. On the enhancement of scanning and gain flatness of leaky-wave gap-waveguide antennas with glide symmetry
CN111430928A (zh) 一种宽带复合耦合型频率选择表面结构及其单元结构
Kasabegoudar et al. A wideband microstrip antenna with symmetric radiation patterns
CN209822867U (zh) 一种双频段平面齿形左手材料单元
CN114389048A (zh) X波段透波的频率选择表面单元结构及表面结构
CN110061359B (zh) 双频段平面齿形左手材料单元
Feng et al. A n-order ultra wideband frequency selective surface
Kada et al. Design of bandpass filters based on metamaterials
Singh et al. A study on applications of meta-material based antennas
Thummaluru et al. Flexible ultrathin incident-angle insensitive metamaterial absorber for curved surfaces
Yadav et al. A polarization independent single layer Frequency Selective Surface for quadruple band pass
Sonak et al. Compact antenna based on SRR using radial stub as virtual ground for wireless applications
Ma et al. Square loop frequency selective surface with wide-passband properties using multi-period structures
Tiwari et al. Design and Simulation of a Water based Polarization-insensitive and Wide incidence Dielectric Metasurface Absorber for X-, Ku-and K-band
Pradeep et al. A comparative analysis of circular and hexagonal split ring resonator for reduction of mutual coupling effect
Reena A Compact Metamaterial inspired Dual-band SRR loaded Antenna for Wireless Applications
Mirza et al. A miniaturized and improved antenna using metamaterial
Pandeeswari A compact meandered CPW-fed antenna with asymmetrical ground plane for 5.8 GHz RFID applications with multiple split ring resonator

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171017

Termination date: 20210108

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee