CN110609422A - 超材料结构单元、超材料及电子装置 - Google Patents

超材料结构单元、超材料及电子装置 Download PDF

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Abstract

一种超材料结构单元、超材料及电子装置，该超材料结构单元包括第一基板、第二基板、设置在二个基板之间的液晶层以及分别设置在第一、第二基板上的第一、第二电极。第一电极包括第一连接部、第一带条结构和位于第一圆周上的多个第一圆弧结构，第一带条结构沿第一圆周的径向分布且与第一圆弧结构彼此分离。第二电极包括第二连接部、第二带条结构和位于第二圆周上的多个第二圆弧结构，第二带条结构沿第二圆周的径向分布且与第二圆弧结构彼此分离。第一电极绕第一圆周的圆心旋转90度后沿垂直于第二基板的方向在第二基板上的投影与第二电极重合。该超材料结构单元在二个维度上具有双负特性，工作频段可以调节，且结构简单，易于高精度加工。

Description

超材料结构单元、超材料及电子装置
技术领域
本公开的实施例涉及一种超材料结构单元、超材料及电子装置。
背景技术
超材料(Metamaterial)是近年来出现的一类新材料，指具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。超材料具备天然材料所不具备的特殊性质，这些特殊性质主要源于人工设计的特殊结构。随着全球“工业4.0”进程持续深化、“智能+”应用领域不断扩大，可带动诸如高速列车、新型地面行进装备、航空航天、地面智能机器人等领域的千亿规模的超材料产业集群正在崛起，并且使功能材料的设计和开发进入新的纪元。
发明内容
本公开至少一个实施例提供一种超材料结构单元，包括相对设置的第一基板和第二基板、设置在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层、设置在所述第一基板上的第一电极以及设置在所述第二基板上的第二电极，其中，所述第一电极包括第一连接部、第一带条结构和位于第一圆周上的多个第一圆弧结构，所述第一带条结构沿所述第一圆周的径向分布且与所述第一圆弧结构彼此分离，所述第一连接部与所述第一带条结构和所述多个第一圆弧结构均电连接，所述第二电极包括第二连接部、第二带条结构和位于第二圆周上的多个第二圆弧结构，所述第二带条结构沿所述第二圆周的径向分布且与所述第二圆弧结构彼此分离，所述第二连接部与所述第二带条结构和所述多个第二圆弧结构均电连接，所述第一电极绕所述第一圆周的圆心旋转90度后沿垂直于所述第二基板的方向在所述第二基板上的投影与所述第二电极重合。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元中，所述多个第一圆弧结构包括2个关于所述第一带条结构轴对称分布的圆弧结构，所述多个第二圆弧结构包括2个关于所述第二带条结构轴对称分布的圆弧结构。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元中，所述第一圆周和所述第二圆周的周长小于目标电磁波在所述第一基板、所述第二基板和所述液晶层中传播时平均波长的1.5倍。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元中，所述第一带条结构和所述第二带条结构的长度小于目标电磁波在所述第一基板、所述第二基板和所述液晶层中传播时平均波长的0.5倍。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元中，所述第一连接部包括第一电导线，所述第一电导线与所述第一带条结构和所述多个第一圆弧结构均电连接，所述第二连接部包括第二电导线，所述第二电导线与所述第二带条结构和所述多个第二圆弧结构均电连接。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元中，所述第一电导线与所述第一带条结构垂直且穿过所述第一圆周的圆心，所述第二电导线与所述第二带条结构垂直且穿过所述第二圆周的圆心。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元中，所述第一电导线和所述第二电导线的宽度小于10μm。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元中，所述第一连接部、所述第一带条结构和所述第一圆弧结构位于同一层，所述第二连接部、所述第二带条结构和所述第二圆弧结构位于同一层。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元中，所述超材料结构单元在笛卡尔坐标系中三个方向上的尺寸均小于目标电磁波在自由空间中传播时波长的0.5倍。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元包括第一配向层和第二配向层，其中，所述第一配向层和所述第二配向层分别设置在所述第一基板和所述第二基板彼此相对的表面上。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元中，所述液晶层包括向列型液晶。
例如，在本公开一实施例提供的超材料结构单元包括封装结构，其中，所述封装结构设置在所述第一基板和所述第二基板之间且包围所述液晶层。
本公开至少一个实施例还提供一种超材料，包括本公开任一实施例所述的超材料结构单元。
本公开至少一个实施例还提供一种电子装置，包括本公开任一实施例所述的超材料结构单元或本公开任一实施例所述的超材料。
例如，在本公开一实施例提供的电子装置包括偏置电压源，其中，所述第一电极和所述第二电极配置为连接所述偏置电压源以对所述液晶层提供偏置电场。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开一实施例提供的一种超材料结构单元的第一基板的俯视示意图；
图2为图1所示的超材料结构单元的第二基板的仰视示意图；
图3为图1所示的超材料结构单元的俯视透视示意图；
图4为图3所示的超材料结构单元沿A-A'方向的剖面示意图；
图5A为包含如图1至图4所示的超材料结构单元的超材料在液晶分子水平指向时的等效介电常数曲线；
图5B为包含如图1至图4所示的超材料结构单元的超材料在液晶分子水平指向时的等效磁导率曲线；
图6A为包含如图1至图4所示的超材料结构单元的超材料在液晶分子垂直指向时的等效介电常数曲线；
图6B为包含如图1至图4所示的超材料结构单元的超材料在液晶分子垂直指向时的等效磁导率曲线；
图7为本公开一实施例提供的一种超材料的示意框图；以及
图8为本公开一实施例提供的一种电子装置的示意框图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
与普通介质材料相比，超材料具有一系列特殊的电磁特性。例如，某些超材料可以具有双负特性(介电常数和磁导率同时为负值)、左手特性(电磁波在其中传播时，电场、磁场和传播方向三者构成左手正交系)、后向波特性(波前传播方向与能量传播方向相反，即相速与群速方向相反)、负折射特性(介质的折射系数为负，即当电磁波在其与普通介质交界面处发生折射时，折射波束将与入射波束位于交界面法线同侧)、逆多普勒效应及逆切伦科夫辐射效应等。
超材料通常由超材料结构单元在空间中周期分布而形成，因此超材料结构单元的性质决定了超材料的性质。近年来，为了进一步扩大超材料的应用领域，具有调控能力的超材料逐渐发展起来，即通过在超材料结构单元中引入电控元件或者电控介质实现调控能力，使得超材料的工作频率可以在外加电场或者磁场的作用下实时变化。在可调控超材料技术中，基于液晶的可调控超材料由于线性噪声小、工作频率范围大而得到广泛的关注。
然而，目前的液晶可调控超材料的性能并不完善。例如，一些液晶可调控超材料只具有单独的负介电常数或者单独的负磁导率特性，电磁波在这种超材料中传播时会发生严重的能量衰减；另一些液晶可调控超材料只具有一维特性，即只能对指定传输方向和极化方向的入射电磁波表现出应用特性，无法支持多个方向入射的电磁波。这些性能上的不完善严重限制了液晶可调控超材料的应用场景和发展前景。
本公开至少一实施例提供一种超材料结构单元、超材料及电子装置，该超材料结构单元在二个维度上具有双负特性(介电常数和磁导率同时为负值)，双负特性的工作频段可以调节，且结构简单，易于高精度加工。
下面，将参考附图详细地说明本公开的实施例。应当注意的是，不同的附图中相同的附图标记将用于指代已描述的相同的元件。
本公开至少一实施例提供一种超材料结构单元，该超材料结构单元包括相对设置的第一基板和第二基板、设置在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层、设置在所述第一基板上的第一电极以及设置在所述第二基板上的第二电极。所述第一电极包括第一连接部、第一带条结构和位于第一圆周上的多个第一圆弧结构，所述第一带条结构沿所述第一圆周的径向分布且与所述第一圆弧结构彼此分离，所述第一连接部与所述第一带条结构和所述多个第一圆弧结构均电连接。所述第二电极包括第二连接部、第二带条结构和位于第二圆周上的多个第二圆弧结构，所述第二带条结构沿所述第二圆周的径向分布且与所述第二圆弧结构彼此分离，所述第二连接部与所述第二带条结构和所述多个第二圆弧结构均电连接。所述第一电极绕所述第一圆周的圆心旋转90度后沿垂直于所述第二基板的方向在所述第二基板上的投影与所述第二电极重合。
图1为本公开一实施例提供的一种超材料结构单元的第一基板的俯视示意图，图2为图1所示的超材料结构单元的第二基板的仰视示意图，图3为图1所示的超材料结构单元的俯视透视示意图，图4为图3所示的超材料结构单元沿A-A'方向的剖面示意图。参考图1至图4，该超材料结构单元包括第一基板110、第二基板120、液晶层130、第一电极140和第二电极150。
第一基板110和第二基板120相对设置，起支撑、保护、绝缘等作用。例如，第一基板110和第二基板120可以为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，因此该超材料结构单元可以采用PCB工艺进行加工，降低了生产成本。印制电路板例如可以采用塑料基板、陶瓷基板等。例如，第一基板110和第二基板120可以采用罗杰斯高频板材，材料为聚四氟乙烯。当然，本公开的实施例不限于此，第一基板110和第二基板120可以采用任意适用的材料。
液晶层130设置在第一基板110和第二基板120之间。例如，液晶层130采用各向异性大的单一液晶材料，例如向列型液晶等，也可以采用混合液晶材料(混晶)，只要其能够作为调控介质即可，本公开的实施例对此不作限定。液晶层130的厚度(即第一基板110和第二基板120形成的液晶盒的盒厚)可以根据实际需求而定，例如，根据需要的等效介电常数、等效磁导率、工作频段等参数而定。
第一电极140设置在第一基板110上。第一电极140包括第一连接部141、第一带条结构142和位于第一圆周001上的多个第一圆弧结构143-144，且设置在第一基板110靠近第二基板120的表面上(图4中第一基板110的上表面上)。第一带条结构142沿第一圆周001的径向分布且与第一圆弧结构143-144彼此分离。第一连接部141与第一带条结构142和多个第一圆弧结构143-144均电连接。第一电极140可以采用铜、铝、金、银或其合金，也可以采用其他适用的金属材料，例如可以采用蚀刻工艺形成，具体形成步骤这里不再详述。
例如，在该实施例中，第一带条结构142沿z方向分布(延伸)，且经过第一圆周001的圆心。例如，第一带条结构142的长度(在z方向上的尺寸)小于目标电磁波在第一基板110、第二基板120和液晶层130中传播时平均波长的约0.5倍，例如可以选择为0.2、0.4倍等。本公开的实施例中，目标电磁波是指该超材料结构单元工作时的入射电磁波。例如，目标电磁波在第一基板110、第二基板120和液晶层130中传播时的平均波长是该目标电磁波在麦克斯韦方程和边界条件约束下的一个统一的值。
例如，在一个示例中，多个第一圆弧结构143-144包括2个关于第一带条结构142轴对称分布的圆弧结构143和144，且该2个圆弧结构位于第一圆周001上。多个第一圆弧结构143-144与第一带条结构142彼此分离，也即是，第一带条结构142位于多个第一圆弧结构143-144彼此之间的空隙中。例如，该空隙的大小可以根据第一带条结构142的宽度(在x方向上的尺寸)、工艺条件、工作频段等参数而定。例如，第一圆周001的周长小于目标电磁波在第一基板110、第二基板120和液晶层130中传播时平均波长的约1.5倍，例如可以选择为0.5、0.8、1.0、1.2倍等。
例如，第一连接部141包括第一电导线145，用于使第一带条结构142和多个第一圆弧结构143-144保持电气连接，以便于在另行设置的偏置电压源的作用下向液晶层130施加偏置电压。第一电导线145与第一带条结构142和多个第一圆弧结构143-144中的每个圆弧结构均电连接。例如，在一个示例中，第一电导线145与第一带条结构142垂直且穿过第一圆周001的圆心，即第一电导线145沿x方向分布。第一连接部141(第一电导线145)可以与第一带条结构142和多个第一圆弧结构143-144位于同一层(同层设置)，也可以设置在不同层上，例如位于印制电路板中并通过过孔与第一带条结构142和多个第一圆弧结构143-144电连接。例如，第一电导线145的宽度小于10μm，以减小对电磁波的干扰。
第二电极150设置在第二基板120上。第二电极150包括第二连接部151、第二带条结构152和位于第二圆周002上的多个第二圆弧结构153-154，且设置在第二基板120靠近第一基板110的表面上(图4中第二基板120的下表面上)。第二带条结构152沿第二圆周002的径向分布且与第二圆弧结构153-154彼此分离。第二连接部151与第二带条结构152和多个第二圆弧结构153-154均电连接。同样，第二电极150可以采用铜、铝、金、银或其合金，也可以采用其他适用的金属材料，例如可以采用蚀刻工艺形成，具体形成步骤这里不再详述。
例如，在该实施例中，第二带条结构152沿x方向分布(延伸)，且经过第二圆周002的圆心。例如，第二带条结构152的长度(在x方向上的尺寸)小于目标电磁波在第一基板110、第二基板120和液晶层130中传播时平均波长的约0.5倍，例如可以选择为0.2、0.4倍等。
例如，在一个示例中，多个第二圆弧结构153-154包括2个关于第二带条结构152轴对称分布的圆弧结构153和154，且该2个圆弧结构位于第二圆周002上。多个第二圆弧结构153-154与第二带条结构152彼此分离，也即是，第二带条结构152位于多个第二圆弧结构153-154彼此之间的空隙中。例如，该空隙的大小可以根据第二带条结构152的宽度(在z方向上的尺寸)、工艺条件、工作频段等参数而定。例如，第二圆周002的周长小于目标电磁波在第一基板110、第二基板120和液晶层130中传播时平均波长的约1.5倍，例如可以选择为0.5、0.8、1.0、1.2倍等。
例如，第二连接部151包括第二电导线155，用于使第二带条结构152和多个第二圆弧结构153-154保持电气连接，以便于在另行设置的偏置电压源的作用下向液晶层130施加偏置电压。第二电导线155与第二带条结构152和多个第二圆弧结构153-154中的每个圆弧结构均电连接。例如，在一个示例中，第二电导线155与第二带条结构152垂直且穿过第二圆周002的圆心，即第二电导线155沿z方向分布。第二连接部151(第二电导线155)可以与第二带条结构152和多个第二圆弧结构153-154位于同一层(同层设置)，也可以设置在不同层上，例如位于印制电路板中并通过过孔与第二带条结构152和多个第二圆弧结构153-154电连接。例如，第二电导线155的宽度小于10μm，以减小对电磁波的干扰。
例如，在该实施例中，第一电极140绕第一圆周001的圆心旋转90度后沿垂直于第二基板120的方向(例如y方向)在第二基板120上的投影与第二电极150重合。同样，第二电极150绕第二圆周002的圆心旋转90度后沿垂直于第一基板110的方向(例如y方向)在第一基板110上的投影与第一电极140也重合。第一电极140或第二电极150可以沿顺时针方向旋转，也可以沿逆时针方向旋转，旋转90度之后均与另一个电极重合。例如，第一圆周001的圆心与第二圆周002的圆心重合，且第一圆周001的周长与第二圆周002的周长相等。在本公开的实施例中，重合可以指完全重合，也可以指电极轮廓大致重合，例如，第一电极140旋转90度后在第二基板120上的投影与第二电极150的轮廓可以存在一定程度的偏差，该偏差例如是由于工艺精度、设计需求等因素造成的。
本公开的实施例中，图1至图4中所示的x、y、z三个方向为笛卡尔坐标系中相互垂直的三个方向，这三个方向可以为地面参考系中相互垂直的任意方向，例如，其中y方向为垂直于地面的方向，然而本公开的实施例对此不作限制，可根据需要对坐标系进行变换。
在该实施例的超材料结构单元中，第一圆弧结构143-144和第二圆弧结构153-154构成了二维磁谐振结构，该磁谐振结构会产生二维负磁导率效应。第一带条结构142和第二带条结构152构成了二维电谐振结构，该电谐振结构会产生二维负介电常数效应。因此，当第一圆弧结构143-144、第二圆弧结构153-154、第一带条结构142和第二带条结构152相结合时，由其构成的电极结构会综合体现出二维的双负特性(介电常数和磁导率同时为负值)，即对x方向入射的平面电磁波和z方向入射的平面电磁波都会体现出双负特性，使得电磁波在其中传播时没有严重的能量衰减。通过对液晶层130施加偏置电压以使其介电常数变化，从而可以调节该超材料结构单元的双负特性的工作频段。该超材料结构单元的结构简单，易于高精度加工。
例如，在一个示例中，该超材料结构单元还包括第一配向层161和第二配向层162。第一配向层161和第二配向层162分别设置在第一基板110和第二基板120彼此相对的表面上。液晶层130位于第一配向层161和第二配向层162之间。第一配向层161和第二配向层162用于控制液晶分子的预置偏转方向(例如，在x-z平面内的偏转方向)，例如可以采用聚酰亚胺(Polyimide，PI)等有机材料来形成，并且可以采用摩擦、光照等方式进行加工、处理以获得配向特性。当然，本公开的实施例不限于此，也可以采用其他部件或装置控制液晶分子的预置偏转方向。例如，在其他示例中，通过另行设置的配向电极和偏置电压源来控制液晶分子的预置偏转方向，从而可以省略第一配向层161和第二配向层162。
例如，在一个示例中，该超材料结构单元还包括封装结构170。封装结构170设置在第一基板110和第二基板120之间，且包围液晶层130。封装结构170例如可以采用边框胶(sealant)，用于防止液晶泄露，且起到支撑液晶盒结构、加强盒厚等作用。边框胶的主要成分为树脂，根据需要还可以包括添加剂，例如热固化单体等。当然，本公开的实施例不限于此，也可以采用其他适用的方式来防止液晶泄露并支撑液晶盒结构。例如，在其他示例中，第一基板110为盒状结构，将第一电极140、第一配向层161、液晶层130、第二配向层162和第二电极150等结构设置在该盒状结构的底部区域，第二基板120与该盒状结构四周的侧边接触并连接，以将液晶层130封装在第一基板110和第二基板120组成的空腔内，从而可以省略封装结构170。
例如，该超材料结构单元为空间馈电型超材料结构单元，即目标电磁波通过空间辐射的方式进入该超材料结构单元。例如，该超材料结构单元在笛卡尔坐标系中三个方向(x、y、z)上的尺寸均小于目标电磁波在自由空间中传播时波长的约0.5倍，例如可以选择为0.1、0.2、0.3、0.4倍等。由于超材料结构单元的尺寸远小于波长，因此可近似地视作均匀材料，且可以通过等效介电常数和等效磁导率等参数来表示其特性。
图5A为包含如图1至图4所示的超材料结构单元的超材料在液晶分子水平指向(与y方向垂直)时的等效介电常数曲线，图5B为包含如图1至图4所示的超材料结构单元的超材料在液晶分子水平指向时的等效磁导率曲线，图6A为包含如图1至图4所示的超材料结构单元的超材料在液晶分子垂直指向(与y方向平行)时的等效介电常数曲线，图6B为包含如图1至图4所示的超材料结构单元的超材料在液晶分子垂直指向时的等效磁导率曲线。图中的实线表示对应参数的实部Re，虚线表示对应参数的虚部Im，εeff表示等效介电常数，μeff表示等效磁导率。
仿真中所用到的各种结构的参数如下。超材料结构单元为图1至图4中描述的超材料结构单元的一个具体示例。第一圆弧结构143-144和第二圆弧结构153-154的内半径为2.5mm，外半径为3mm。第一带条结构142和第二带条结构152的长度为8mm，宽度为0.5mm。液晶层130采用向列型液晶，厚度为0.2mm，液晶分子水平指向时在x、y、z三个方向的介电常数分别为[3.3,2.5,2.5]，液晶分子垂直指向时在x、y、z三个方向的介电常数分别为[2.5,3.3,2.5]。第一基板110和第二基板120的介电常数均为3.8，厚度均为0.5mm。
参考图5A和图5B，当液晶分子水平指向时，等效介电常数和等效磁导率在4.8GHz-5.3GHz频段均为负值(实部为负值，虚部为0)，即此时该超材料在4.8GHz-5.3GHz频段具有双负特性。参考图6A和图6B，当液晶分子变为垂直指向时，等效介电常数和等效磁导率在4.3GHz-5.9GHz频段均为负值，即此时该超材料在4.3GHz-5.9GHz频段具有双负特性。液晶分子指向的变化导致该超材料的双负特性的工作频段发生变化。例如，可以通过控制施加至第一电极140和第二电极150的偏置电压的大小来控制液晶分子的偏转角度，从而控制该超材料的双负特性的工作频段，偏置电压与偏转角度的具体对应关系可通过理论计算或实际测试得到。
需要说明的是，在仿真模型中，只设定了位于第一电极140和第二电极150正对区域的液晶材料的介电常数会在偏置电压的作用下发生变化，而位于其他位置的液晶材料的介电常数保持不变。这种数值模拟方法实际上是对该超材料性能的保守计算，也就是说，该超材料的实际测试结果会比数值模拟结果更好。
本公开至少一实施例还提供一种超材料，包括本公开任一实施例所述的超材料结构单元。该超材料在二个维度(例如，x方向和z方向)上具有双负特性，双负特性的工作频段可以调节，且结构简单，易于高精度加工。
图7为本公开一实施例提供的一种超材料的示意框图。参考图7，超材料20包括超材料结构单元10，超材料结构单元10为本公开任一实施例所述的超材料结构单元，例如，可以为图1至图4中描述的超材料结构单元。例如，超材料20由超材料结构单元10在空间中周期分布而形成，例如该周期分布可以为标准矩阵形式(即m行×n列)。当然，本公开的实施例不限于此，在另一个示例中，超材料结构单元10的周期分布方式也可以为非标准矩阵形式，例如前一行和后一行彼此错开预定距离(例如半个超材料结构单元10的宽度)，或者也可以为其他适用的平面或空间分布方式。通过对超材料20施加偏置电压，可以使超材料20的双负特性的工作频段发生变化，以满足多种应用需求。需要说明的是，本公开的各实施例中，超材料20还可以包括其他部件或结构，以完善该超材料20的功能。
本公开至少一实施例还提供一种电子装置，包括本公开任一实施例所述的超材料结构单元或本公开任一实施例所述的超材料。该电子装置中的超材料或超材料结构单元在二个维度(例如，x方向和z方向)上具有双负特性，双负特性的工作频段可以调节，且结构简单，易于高精度加工。
图8为本公开一实施例提供的一种电子装置的示意框图。参考图8，电子装置30包括超材料结构单元10，超材料结构单元10为本公开任一实施例所述的超材料结构单元。例如，电子装置30可以是应用于超分辨率成像、超快光开关、变换光学、隐身衣、功率分配器等领域的任意装置，本公开的实施例对此不作限制。电子装置30还可以包括更多的部件，各个部件与超材料结构单元10之间的连接关系不受限制。
例如，在一个示例中，电子装置30还包括偏置电压源40。偏置电压源40用于对超材料结构单元10中的液晶层130提供偏置电场。该偏置电压源40可以为直流电源；或者，该偏置电压源40为控制芯片(图中未示出)的电压输出端，并且可以根据控制信号改变输出电压的大小等。例如，第一电极140和第二电极150配置为连接偏置电压源40以对液晶层130提供偏置电场。例如，该偏置电场的方向基本上与y方向平行。例如，第一电极140和第二电极150可以通过另行设置的电导线与偏置电压源40电连接。通过控制偏置电压源40的输出电压，能够使液晶层130中的液晶分子偏转，在第一配向层161和第二配向层162的共同作用下，可以改变超材料结构单元10的双负特性的工作频段。偏置电压源40的设置位置不受限制，可以根据电子装置30的具体结构和尺寸而定。
第一电极140和第二电极150的电位关系不受限制，例如，可以使第一电极140连接正电压端而第二电极150接地(Ground)，第一电极140的电位高于第二电极150的电位；或者，也可以使第二电极150连接正电压端而第一电极140接地，第二电极150的电位高于第一电极140的电位。当然，本公开的实施例不限于此，第一电极140和第二电极150也可以为其他适用的连接方式，例如，一个电极连接负电压端而另一个电极连接正电压端。
本公开至少一实施例还提供一种本公开任一实施例所述的超材料结构单元以及采用该超材料结构单元的超材料的制备方法，该制备方法包括：提供第一基板和第二基板；将第一基板和第二基板对置且在第一基板与第二基板之间提供液晶层。该制备方法制备的超材料结构单元或超材料在二个维度(例如，x方向和z方向)上具有双负特性，双负特性的工作频段可以调节，且结构简单，易于高精度加工。
例如，在一个示例中，该制备方法包括如下操作：
步骤S501：提供第一基板110和第二基板120；
步骤S502：将第一基板110和第二基板120对置且在第一基板110与第二基板120之间提供液晶层130。
例如，第一基板110上设置有第一电极140，第二基板120上设置有第二电极150。例如可以通过蚀刻的方法在第一基板110上形成第一电极140，以及在第二基板120上形成第二电极150。
需要说明的是，本公开的各实施例中，超材料结构单元10或采用该超材料结构单元10的超材料20的制备方法不局限于上面描述的步骤和顺序，还可以包括更多或更少的步骤，各个步骤之间的顺序可以根据实际需求而定。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种超材料结构单元，包括相对设置的第一基板和第二基板、设置在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层、设置在所述第一基板上的第一电极以及设置在所述第二基板上的第二电极，其中，
所述第一电极包括第一连接部、第一带条结构和位于第一圆周上的多个第一圆弧结构，所述第一带条结构沿所述第一圆周的径向分布且与所述第一圆弧结构彼此分离，所述第一连接部与所述第一带条结构和所述多个第一圆弧结构均电连接，
所述第二电极包括第二连接部、第二带条结构和位于第二圆周上的多个第二圆弧结构，所述第二带条结构沿所述第二圆周的径向分布且与所述第二圆弧结构彼此分离，所述第二连接部与所述第二带条结构和所述多个第二圆弧结构均电连接，
所述第一电极绕所述第一圆周的圆心旋转90度后沿垂直于所述第二基板的方向在所述第二基板上的投影与所述第二电极重合。
2.根据权利要求1所述的超材料结构单元，其中，所述多个第一圆弧结构包括2个关于所述第一带条结构轴对称分布的圆弧结构，
所述多个第二圆弧结构包括2个关于所述第二带条结构轴对称分布的圆弧结构。
3.根据权利要求1所述的超材料结构单元，其中，所述第一圆周和所述第二圆周的周长小于目标电磁波在所述第一基板、所述第二基板和所述液晶层中传播时平均波长的1.5倍。
4.根据权利要求1所述的超材料结构单元，其中，所述第一带条结构和所述第二带条结构的长度小于目标电磁波在所述第一基板、所述第二基板和所述液晶层中传播时平均波长的0.5倍。
5.根据权利要求1所述的超材料结构单元，其中，
所述第一连接部包括第一电导线，所述第一电导线与所述第一带条结构和所述多个第一圆弧结构均电连接，
所述第二连接部包括第二电导线，所述第二电导线与所述第二带条结构和所述多个第二圆弧结构均电连接。
6.根据权利要求5所述的超材料结构单元，其中，所述第一电导线与所述第一带条结构垂直且穿过所述第一圆周的圆心，所述第二电导线与所述第二带条结构垂直且穿过所述第二圆周的圆心。
7.根据权利要求5所述的超材料结构单元，其中，所述第一电导线和所述第二电导线的宽度小于10μm。
8.根据权利要求1所述的超材料结构单元，其中，所述第一连接部、所述第一带条结构和所述第一圆弧结构位于同一层，所述第二连接部、所述第二带条结构和所述第二圆弧结构位于同一层。
9.根据权利要求1-8任一所述的超材料结构单元，其中，所述超材料结构单元在笛卡尔坐标系中三个方向上的尺寸均小于目标电磁波在自由空间中传播时波长的0.5倍。
10.根据权利要求1-8任一所述的超材料结构单元，还包括第一配向层和第二配向层，
其中，所述第一配向层和所述第二配向层分别设置在所述第一基板和所述第二基板彼此相对的表面上。
11.根据权利要求1-8任一所述的超材料结构单元，其中，所述液晶层包括向列型液晶。
12.根据权利要求1-8任一所述的超材料结构单元，还包括封装结构，其中，所述封装结构设置在所述第一基板和所述第二基板之间且包围所述液晶层。
13.一种超材料，包括如权利要求1-12任一所述的超材料结构单元。
14.一种电子装置，包括如权利要求1-12任一所述的超材料结构单元或如权利要求13所述的超材料。
15.根据权利要求14所述的电子装置，还包括偏置电压源，其中，所述第一电极和所述第二电极配置为连接所述偏置电压源以对所述液晶层提供偏置电场。
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