CN204045739U - 透波超材料 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种透波超材料，包括由非金属材料制成的第一基板以及阵列排布在第一基板表面的多个人造微结构，人造微结构包括方环结构以及设置在方环结构内部的圆环结构。本实用新型通过具体设计人造微结构的形状，使得人造微结构对较宽频带的电磁波具有良好的透波响应。在7-18GHZ内，本实用新型的透波超材料的插入损耗可控制在-1dB以内。
Description
技术领域
本实用新型涉及超材料技术，更具体地说，涉及一种透波超材料。
背景技术
超材料是指具备一些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。利用超材料能任意设计材料的电磁参数，使得超材料具备诸如超高介电常数、负磁导率、吸收电磁波、偏折电磁波等电磁效应。超材料通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。
现有的超材料技术无法实现较宽频带的透波，从而限制了超材料的应用。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述无法实现宽频透波的缺陷，提供一种透波超材料。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种透波超材料，包括由非金属材料制成的第一基板以及阵列排布在第一基板表面的多个人造微结构，所述人造微结构包括方环结构以及设置在方环结构内部的圆环结构。
在本实用新型所述的透波超材料中，所述方环结构和圆环结构由金属线制成。
在本实用新型所述的透波超材料中，所述方环结构的金属线的线宽等于所述圆环结构的金属线的线宽。
在本实用新型所述的透波超材料中，所述方环结构为正方环形结构。
在本实用新型所述的透波超材料中，所述方环结构的边长大于所述圆环结构的直径。
在本实用新型所述的透波超材料中，所述方环结构与所述圆环结构的中心重合。
在本实用新型所述的透波超材料中，所述透波超材料还包括第二基板，所述人造微结构夹设在第一基板和第二基板之间。
在本实用新型所述的透波超材料中，所述第一基板和第二基板由陶瓷材料制得。
在本实用新型所述的透波超材料中，所述所述陶瓷材料的损耗角正切小于0.02，相对介电常数为2～4。
在本实用新型所述的透波超材料中，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基板上。
实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：本实用新型通过具体设计人造微结构的形状，使得人造微结构对较宽频带的电磁波具有良好的透波响应。在7-18GHZ内，本实用新型的透波超材料的插入损耗可控制在-1dB以内。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型一实施例的透波超材料的结构示意图；
图2是单个人造微结构的示意图；
图3是多个人造微结构在基板上的排布示意图；
图4是图1的剖视图；
图5是依据本实用新型一实施例的透波超材料的透射系数S21示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种透波超材料，包括由非金属材料制成的第一基板以及阵列排布在第一基板表面的多个人造微结构。制造基板的材料有多种选择，例如陶瓷、FR4、F4B（聚四氟乙烯）、HDPE（高密度聚乙烯，High DensityPolyethylene）、ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、铁电材料、或者铁磁材料等。
人造微结构为导电材料制成的具有一定几何图案的平面结构。这里的导电材料，可以是金、银、铜等导电性能良好的金属材料，或者主要成分为金、银、铜中的一种或两种的合金材料，也可以是碳纳米管、掺铝氧化锌、铟锡氧化物等可以导电的非金属材料。本实用新型中，优选铜或银。
如图1所示，本实施例中的透波超材料包括两层基板，即由非金属材料制成的第一基板10和第二基板20，以及夹设于第一基板10与第二基板20之间且阵列排布的多个人造微结构30。人造微结构之间间隔一定距离。透波超材料的剖视图如图4所示，第一基板10与第二基板20之间排布有多个人造微结构，形成一层人造微结构层A。第一基板10和第二基板20可以选取介电常数为2～4，损耗角正切不超过0.02的陶瓷材料，优选介电常数为3，损耗角正切为0.01的陶瓷材料。
人造微结构30的具体几何形状图案见图2和图3。如图2所示，人造微结构30包括方环结构31以及设置在方环结构31内部的圆环结构32。方环结构31和圆环结构32由金属线制成。在本实用新型一优选实施例中，方环结构31的金属线的线宽W等于圆环结构32的金属线的线宽。优选地，方环结构31为正方环形结构，即图3中的L1=L2。方环结构31的边长L1大于圆环结构32的直径2R。方环结构31与圆环结构32的中心重合。人造微结构30在基板上的排布见图3所示。图示的人造微结构30的数目仅为示意，仅用于说明人造微结构之间的排布情况，不作为对本实用新型的限制。
下面将结合具体实施例来说明本实用新型的透波超材料的应用效果。在一实施例中，方环结构31的边长L1=7.5mm，宽度W=0.2mm；圆环结构32的半径R=1.7mm，宽度为0.2mm。第一基板10与第二基板20的厚度分别为4mm，人造微结构30的厚度为0.018mm。第一基板10和第二基板20由介电常数为3，损耗角正切为0.01的陶瓷材料制得。
第一基板10和第二基板20之间通过填充液态基板原料或者通过组装相互连接在一起。人造微结构30通过蚀刻的方式附着在第一基板10上，当然人造微结构30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第一基板10或第二基板20上。第一基板10和第二基板20也可以采用其他材料制成，比如HIPS（耐冲击性聚苯乙烯，High impact polystyrene）材料、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料制成。
对具有上述参数的透波超材料进行仿真，其透射系数S21仿真图如图5所示。由图5可以看到，透波超材料透波超材料在7～18GHz频带内的透射系数S21大于-0.1dB，具有高透波特性。在实际应用时，通过调节人造微结构的形状、尺寸，可以改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而两个通带向高频或低频移动，或者改变带宽，满足不同频带需求。
实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：本实用新型通过具体设计人造微结构的形状，使得人造微结构对较宽频带的电磁波具有良好的透波响应。在7-18GHZ内，本实用新型的透波超材料的插入损耗可控制在-1dB以内。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型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实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (10)
1.一种透波超材料，其特征在于，包括由非金属材料制成的第一基板以及阵列排布在第一基板表面的多个人造微结构，所述人造微结构包括方环结构以及设置在方环结构内部的圆环结构。
2.根据权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，所述方环结构和圆环结构由金属线制成。
3.根据权利要求2所述的透波超材料，其特征在于，所述方环结构的金属线的线宽等于所述圆环结构的金属线的线宽。
4.根据权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，所述方环结构为正方环形结构。
5.根据权利要求4所述的透波超材料，其特征在于，所述方环结构的边长大于所述圆环结构的直径。
6.根据权利要求5所述的透波超材料，其特征在于，所述方环结构与所述圆环结构的中心重合。
7.根据权利要求6所述的透波超材料，其特征在于，所述透波超材料还包括第二基板，所述人造微结构夹设在第一基板和第二基板之间。
8.根据权利要求7所述的透波超材料，其特征在于，所述第一基板和第二基板由陶瓷材料制得。
9.根据权利要求8所述的透波超材料，其特征在于，所述陶瓷材料的损耗角正切小于0.02，相对介电常数为2～4。
10.根据权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基板上。
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