CN109346847A - 一种超材料结构单元 - Google Patents

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任文平
方春晖
申东娅
袁洪
张华强
帅新芳
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials

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Abstract

本发明涉及一种超材料结构单元，属于无线通信技术领域。本发明一种超材料结构单元由印刷在介质板上的3×3分形贴片阵列组成。分形贴片阵列的每一个分形贴片是一个不对称的十字分形结构，首先将十字形贴片的下杆端点互连构成二次分形结构，然后在二次分形结构的一三象限加入三角形贴片，从而形成了不对称十字分形结构。本发明的优点在于：结构简单、便于加工，可以应用于无线通信等领域，对通信器件和设备性能的改善起到重要的作用。

Description

一种超材料结构单元
技术领域
本发明一种超材料结构单元，涉及无线通信技术领域。
背景技术
在经典电磁学理论中，介电常数ε和磁导率μ是描述电磁波在介质中传播的特性中基础的物理量。因为自然界中介电常数和磁导率ε>0，μ>0，此时电磁波在介质中可以传播，但当ε与μ同时为负数时，电磁波又可以传播。所以这就是超材料结构在ε与μ为负数时还可以传播电磁波的原因。普通的介质中满足右手定律，超材料因为其独特的特性满足的是左手螺旋定律，所以也被称为左手材料(LHM)，同时也带来了许多普通介质材料不具备的特性，如反常Snell效应和理想透镜,逆Cerenkov辐射效应,负古斯-汉欣位移效应，反向多普勒频移等。值得强调的是，超材料由人工设计微带元合成的材料，其特性主要来自于人工所设计的结构导致的，而与构成材料的成分及其本征特性没有关系。
超材料从问世以来，其以自然材料截然不同的独特电磁特性，受到了许多研究人士的关注及各领域的应用，至今还在蓬勃发展。特别地，随着超材料应用的兴起，在应用于天线在实现高增益的同时，也能应用于天线的小型化，并在增加天线阻抗带宽，改善轴比带宽(ARBW)等方面取得了很大的进步，在LP(线极化)天线的基础上加载超材料控制电磁波的相位实现LP波到CP波的转换，且不断涌现出一些新技术。
本发明超材料结构单元，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
发明内容
本发明的目的在于优化已有结构性能，增加结构可调参数，设计出一种超材料结构单元。
本发明超材料结构单元，其特征在于：该超材料结构单元是一个印刷在介质板上的3×3分形贴片阵列(5)；分形贴片阵列的每一个分形贴片是一个不对称的十字分形结构(4)；不对称十字分形结构(4)是这样形成的：首先将十字形贴片的下杆(1)端点互连构成二次分形结构(2)，在二次分形结构(2)的一三象限加入三角形贴片(3)，这样就形成了不对称十字分形结构(4)。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、采用分型结构，结构简单、尺寸紧凑、重量轻、损耗低、便于加工；
2、制作成本低、精度高、便于批量生产；
3、可以应用于无线通信等领域，对通信器件和设备性能的改善起到重要的作用。
附图说明
图1为本发明超材料结构单元的不对称十字分形结构分形过程示意图。
图2为本发明超材料结构单元的结构示意图。
图3为本发明超材料结构单元的介电常数εeff随频率变化的仿真曲线。
图4为本发明超材料结构单元的磁导率μeff随频率变化的仿真曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体技术方案作进一步的说明。
如图2所示，本发明超材料结构单元，其特征在于：该超材料结构单元是一个印刷在介质板上的3×3分形贴片阵列(5)；分形贴片阵列的每一个分形贴片是一个不对称的十字分形结构(4)；不对称十字分形结构(4)是这样形成的：首先将十字形贴片的下杆(1)端点互连构成二次分形结构(2)，在二次分形结构(2)的一三象限加入三角形贴片(3)，这样就形成了不对称十字分形结构(4)。作为一个实例，本发明超材料介质基板采用介电常数为4.4和损耗角正切为0.02 的FR4介质板，尺寸为122mm×122mm×1mm；仿真的介电常数εeff如图3所示，在1.25GHZ处的εeff为0,在1.75GHZ之后，εeff变为了负值；仿真磁导率μeff如图 4所示，在1.25GHZ处的μeff为0,在1.25GHZ之前都接近于0，1.75GHZ之后,μeff变为了负值。说明了该结构为超材料结构。由于接近于零的折射率的特性，此结构能对电磁波起到汇聚的作用，从而提高天线的增益。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (1)

1.本发明一种超材料结构单元，其特征在于: 该超材料结构单元是一个印刷在介质板上的3×3分形贴片阵列（5）；分形贴片阵列的每一个分形贴片是一个不对称的十字分形结构（4）；不对称十字分形结构（4）是这样形成的：首先将十字形贴片的下杆（1）端点互连构成二次分形结构（2），在二次分形结构（2）的一三象限加入三角形贴片（3），这样就形成了不对称十字分形结构（4）。
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