CN106356635B - 一种类十字锚型超材料微单元结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种类十字锚型超材料微单元结构，属于电磁通信技术领域，包括介质基板、加载在介质基板上的金属微单元结构；所述金属微单元结构包括方形贴片本体、及开设在方形贴片本体上的若干孔槽，所述方形贴片本体为正方形，方形贴片本体上开有两个上圆槽和两个下圆槽，上圆槽与下圆槽间开有矩形槽。本发明结构简单，易于制作，在工作频段内具有良好的频率选择特性和对电磁波大角度入射的稳定性；通过加载不同数值大小的电感可以实现较大程度的频率可调特性，有利于实现结构的小型化，可以广泛运用于天线罩中和微带天线上实现增益的提高。

Description

一种类十字锚型超材料微单元结构
技术领域
本发明涉及一种微单元结构，具体涉及一种类十字锚型超材料微单元结构，属于电磁通信技术领域。
背景技术
一般认为超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。在超材料技术下，一种叫做频率选择表面（FSS）的超材料成为一个新的研究课题，这是一种复合结构材料，通过微观的结构设计，如按照一定排列方式排列的周期结构单元，可以实现超越传统材料的光学和电磁学性能：选择不同频率的电磁波通过。任何周期性分布在平面上的微单元结构都会对电磁波产生衍射现象，且周期单元的形状、排列方式、彼此的间距都会对散射场产生影响。
目前，频率选择表面超材料可以分为孔径型（带通型）和贴片型（带阻型）。通常频率选择表面超材料在实际应用中都是采用将单元结构加载在介质上的形式，这是由于介质加载能够提高FSS对电磁波入射角的稳定性。
因频率选择表面超材料具有特定的频率选择特性而被广泛的应用于微波、红外至可见光波段，如雷达罩、反射面天线的副反射器、波极化器、分波束仪、相移器、太阳能选择表面等。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种类十字锚型超材料微单元结构，具有较大程度的频率可调、频率选择特性。
为了实现上述目的，本发明采用的一种类十字锚型超材料微单元结构，包括介质基板、加载在介质基板上的金属微单元结构；
所述金属微单元结构包括方形贴片本体、及开设在方形贴片本体上的若干孔槽，所述方形贴片本体为正方形，方形贴片本体上开有两个上圆槽和两个下圆槽，上圆槽与下圆槽间开有矩形槽。
作为改进，所述介质基板采用介电常数为2.55的Taconic TLX。
作为改进，所述金属微单元结构采用金、银或铜中的任一种单质材料。
作为改进，所述矩形槽用于加载电感，采用的电感为贴片型电感。
作为改进，所述两个上圆槽开设在方形贴片本体上相邻两边的中心，且上圆槽贴边开设；
所述下圆槽开设在方形贴片本体上另相邻两边的中心，下圆槽贴边开设。
作为改进，所述上圆槽与相邻边上的下圆槽间设有矩形槽，所述矩形槽连通上、下圆槽。
作为改进，所述两上圆槽的尺寸相同，两下圆槽的尺寸相同，且上圆槽与下圆槽尺寸相同，所述两矩形槽尺寸相同。
作为改进，各圆槽的直径为3.2mm。
作为改进，所述介质基板为边长13.4mm的正方形板材，所述方形贴片本体的边长为8.6mm，且方形贴片本体的边与介质基板的边夹角为45°。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明结构简单，易于制作，在工作频段内具有良好的频率选择特性和对电磁波大角度入射的稳定性。
2）通过加载不同数值大小的电感可以实现较大程度的频率可调特性，有利于实现结构的小型化，可以广泛运用于天线罩中和微带天线上实现增益的提高。
附图说明
图1 为本发明的类十字锚型超材料微单元结构示意图；
图2 为本发明微单元结构采用电磁仿真软件Ansoft HFSS 模拟测试的加载电感L为0.5nH时，对不同入射角度下的电磁波的传输特性结果曲线图；
图3 为本发明微单元结构采用电磁仿真软件Ansoft HFSS 模拟测试的加载不同大小电感时，垂直入射下电磁波的传输特性结果曲线图；
图中：1、介质基板，2、金属微单元结构，21、方形贴片本体，22、下圆槽，23、上圆槽，24、矩形槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
如图1所示，一种类十字锚型超材料微单元结构，包括介质基板1、加载在介质基板1上的金属微单元结构2；
所述金属微单元结构2包括方形贴片本体21、及开设在方形贴片本体21上的若干孔槽，所述方形贴片本体21为正方形，方形贴片本体21上开有两个上圆槽23和两个下圆槽22，上圆槽23与下圆槽22间开有矩形槽24。介质基板1表面的金属微结构是类十字锚型的，是在方形贴片上通过开槽得到的。通过改变介质基板厚度、槽孔大小、加载电感的数值大小可以在较大程度上调节结构的谐振频率。通过调节入射电磁波的角度可以得到谐振频率在大角度入射电磁波基本保持不变。
作为实施例的改进，所述介质基板1采用介电常数为2.55的Taconic TLX（tm）。
作为实施例的改进，所述金属微单元结构2采用金、银或铜中的任一种单质材料。
作为实施例的改进，所述矩形槽24用于加载电感，采用的电感为贴片型电感。这两个矩形槽孔根据实际应用的需要，加载不同数值大小的电感。
作为实施例的改进，所述两个上圆槽23开设在方形贴片本体21上相邻两边的中心，且上圆槽23贴边开设，所述下圆槽22开设在方形贴片本体21上另相邻两边的中心，下圆槽22贴边开设。
作为实施例的改进，所述上圆槽23与相邻边上的下圆槽22间设有矩形槽24，所述矩形槽24连通上、下圆槽。
作为实施例的改进，所述两上圆槽23的尺寸相同，两下圆槽22的尺寸相同，且上圆槽23与下圆槽22尺寸相同，所述两矩形槽24尺寸相同。
作为实施例的改进，经过设计、HFSS仿真及其优化，最终得到优化的类十字锚型超材料结构的参数：各圆槽的直径为3.2mm；所述介质基板1为边长13.4mm的正方形板材，所述方形贴片本体21的边长为8.6mm，且方形贴片本体21的边与介质基板1的边夹角为45°；两上圆槽23的间距为1.2mm；其中，矩形槽24中与下圆槽22重合部分的边长为0.8mm。
基于以上分析设计的类十字锚型超材料结构，Ansoft HFSS仿真结果如图2、3所示，加载电感L为0.5nH时，对于不同入射角度的电磁波，谐振频率保持稳定。当垂直入射时，谐振频率随着加载电感值的增大而减小，电感从0.02nH增大到3nH，谐振频率从9.8GHz降低到5.0GHz。
本发明结构简单，易于制作，在工作频段内具有良好的频率选择特性和对电磁波大角度入射的稳定性；通过加载不同数值大小的电感可以实现较大程度的频率可调特性，有利于实现结构的小型化，可以广泛运用于天线罩中和微带天线上实现增益的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种类十字锚型超材料微单元结构，其特征在于，包括介质基板（1）、加载在介质基板（1）上的金属微单元结构（2）；
所述金属微单元结构（2）包括方形贴片本体（21）、及开设在方形贴片本体（21）上的若干孔槽，所述方形贴片本体（21）为正方形，方形贴片本体（21）上开有两个上圆槽（23）和两个下圆槽（22），上圆槽（23）与下圆槽（22）间开有矩形槽（24）；
所述矩形槽（24）用于加载电感，采用的电感为贴片型电感。
2.根据权利要求1所述的一种类十字锚型超材料微单元结构，其特征在于，所述介质基板（1）采用介电常数为2.55的Taconic TLX。
3.根据权利要求1所述的一种类十字锚型超材料微单元结构，其特征在于，所述金属微单元结构（2）采用金、银或铜中的任一种单质材料。
4.根据权利要求1所述的一种类十字锚型超材料微单元结构，其特征在于，所述两个上圆槽（23）开设在方形贴片本体（21）上相邻两边的中心，且上圆槽（23）贴边开设；
所述下圆槽（22）开设在方形贴片本体（21）上另相邻两边的中心，下圆槽（22）贴边开设。
5.根据权利要求4所述的一种类十字锚型超材料微单元结构，其特征在于，所述上圆槽（23）与相邻边上的下圆槽（22）间设有矩形槽（24），所述矩形槽（24）连通上、下圆槽。
6.根据权利要求5所述的一种类十字锚型超材料微单元结构，其特征在于，所述两上圆槽（23）的尺寸相同，两下圆槽（22）的尺寸相同，且上圆槽（23）与下圆槽（22）尺寸相同，所述两矩形槽（24）尺寸相同。
7.根据权利要求6所述的一种类十字锚型超材料微单元结构，其特征在于，各圆槽的直径为3.2mm。
8.根据权利要求1所述的一种类十字锚型超材料微单元结构，其特征在于，所述介质基板（1）为边长13.4mm的正方形板材，所述方形贴片本体（21）的边长为8.6mm，且方形贴片本体（21）的边与介质基板（1）的边夹角为45°。
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