CN204885448U - 一种超材料 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种超材料，包括单层超材料层，单层超材料层包括介质基底、附着在介质基底上的导电几何结构层以及穿透导电几何结构层设置的至少一个通孔单元，通孔单元包括在平面二维方向并列排布的不同尺寸的两对通孔，且每个通孔的中心为等间距排布。本实用新型提供的超材料通过不同微结构的耦合叠加来调节微结构结构参数，以此在太赫兹范围内实现多谐振或者宽谐振；同时，单层超材料层构成的超材料具有重量轻、价格低廉、易于加工的优势，相比多层材料的设计，能够节省成本，从而有效地解决了现有技术中的太赫兹器件的加工困难，成本高昂的问题，更加具有实际应用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁通信领域，更具体地，涉及一种超材料。
背景技术
太赫兹波段(Terahertz，THz)，是指频率位于0.1THz-10THz范围内的电磁波，其波长覆盖3mm-30μm，也被成为THz辐射、亚毫米波或者T射线。太赫兹在电磁波谱中处于毫米波和红外之间，相对于这两个波段，太赫兹技术发展只有二三十年时间，理论和应用相对滞后，在电磁波谱中，也被成为“太赫兹空隙”。太赫兹技术可以给通信、天文观测、雷达探测、公共安全、医学成像、基因检查等领域带来重要技术革新，近年来受到了科学界和产业界的极大关注。
太赫兹技术目前受到太赫兹发生源、探测器以及功能器件的制约，尚未得到大规模应用。由于太赫兹波长非常短，导致其器件尺寸相对微波器件而言要小很多，是微波器件的百分之几的量级，因此器件加工困难，成本高昂。目前大部分太赫兹器件都是采用光刻方法得到，样件尺寸小，成品率不高，极大制约了太赫兹技术的研究和应用。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
针对现有技术中的太赫兹器件的加工困难，成本高昂的问题，本实用新型提供了一种包括单层超材料层的超材料。
本实用新型提供的超材料包括单层超材料层，单层超材料层包括介质基底、附着在介质基底上的导电几何结构层以及穿透导电几何结构层设置的至少一个通孔单元，通孔单元包括在平面二维方向并列排布的不同尺寸的两对通孔，且每个通孔的中心为等间距排布。
在上述超材料中，通孔是不同尺寸的两对方孔。
在上述超材料中，两对方孔的长的取值范围分别为240μm～360μm以及160μm～240μm，两对方孔的宽的取值范围均为40μm～60μm。
在上述超材料中，通孔是不同尺寸的两对圆孔。
在上述超材料中，两对圆孔的半径的取值范围分别是120μm～180μm以及20μm～30μm。
在上述超材料中，通孔包括一对圆孔和一对方孔。
在上述超材料中，圆孔的通孔半径的取值范围为20μm～30μm，方孔的长的取值范围为240μm～360μm且方孔的宽的取值范围为60μm～240μm。
在上述超材料中，将每个通孔单元以及通孔单元所在的导电几何结构层的部分定义为一个导电几何结构单元，导电几何结构单元的结构周期为Lx＝Ly，且Lx与Ly的取值范围均为640～960μm。
在上述超材料中，导电几何结构层的面积占介质基底的面积的5％～30％。
在上述超材料中，导电几何结构层的面积占介质基底的面积的22.69％。
在上述超材料中，导电几何结构层的厚度为6μm至25μm。
在上述超材料中，导电几何结构层的厚度为18μm。
在上述超材料中，介电基底的厚度为6μm至75μm。
在上述超材料中，介电基底的厚度为40μm。
在上述超材料中，导电几何结构层通过真空层压附着在介质基底上。
在上述超材料中，导电几何结构层由电磁损耗材料制成。
在上述超材料中，电磁损耗材料包括铁氧体。
在上述超材料中，介电基底的材料由碳制成。
在上述超材料中，介电基底是耐燃材料等级为FR4的介电基底。
在上述超材料中，介电基底的介电常数的取值范围为3.2～5.2，损耗正切的取值范围为0.0032～0.0048。
本实用新型提供的超材料是利用在同一层电磁损耗材料上的不同尺寸的具有电磁耗损材料的微结构，通过不同微结构的耦合叠加来调节微结构结构参数，以此在太赫兹范围内实现多谐振或者宽谐振。同时，单层超材料层构成的超材料具有重量轻、价格低廉、易于加工的优势，相比多层材料的设计，能够节省成本，从而有效地解决了现有技术中的太赫兹器件的加工困难，成本高昂的问题，更加具有实际应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A是根据本实用新型的实施例1的超材料是单层混合型电磁损耗材料方孔材料的结构示意图；
图1B是图1A中的超材料沿着穿过方孔的直线而获取的截面图。
图2A是根据本实用新型的实施例2的超材料是单层混合型电磁损耗材料圆孔材料的结构示意图；
图2B是图2A中的超材料沿着穿过圆孔的直线而获取的截面图。
图3A是根据本实用新型的实施例2的超材料是单层混合型电磁损耗材料圆孔方孔结合材料的结构示意图；
图3B是图3A中的超材料沿着穿过方孔的直线而获取的截面图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供了一种超材料，包括单层超材料层，该单层超材料层包括介质基底、附着在介质基底上的导电几何结构层以及穿透导电几何结构层设置的至少一个通孔单元，该通孔单元包括在平面二维方向并列排布的不同尺寸的两对通孔，且每个所述通孔的中心为等间距排布，即四个通孔处于同一个正方形的四个顶点上。本实用新型提供的超材料为单层混合型结构电磁损耗型太赫兹材料，通过利用不同尺寸的导电几何结构相结合，通过调节导电几何结构参数，来实现多谐振频率。
在优选的实施例中，两对通孔的通孔中心分别处于同一个正方形的四个顶点上。在优选的实施例中，两对通孔是并列排布的不同尺寸的两对方孔，两对方孔的长的取值范围分别为240μm～360μm以及160μm～240μm，两对方孔的宽的取值范围均为40μm～60μm，优选地，两对方孔的尺寸分别是300μm×50μm以及200μm×50μm。在一些优选实施例中，两对通孔是并列排布的不同尺寸的两对圆孔，两对圆孔的半径的取值范围分别是120μm～180μm以及20μm～30μm，优选地，两对圆孔的半径分别是150μm以及25μm。在另一些优选实施例中，两对通孔是并列排布的一对方孔和一对圆孔，其中，圆孔的通孔半径的取值范围为20μm～30μm，方孔的长的取值范围为240μm～360μm且方孔的宽的取值范围为60μm～240μm，优选地圆孔的通孔半径为25μm，方孔的半径尺寸为300μm×50μm。其中，在上述各个实施例中，每对通孔中的两个通孔都具有相同的尺寸。
在优选的实施例中，将每个通孔单元以及通孔单元所在的导电几何结构层的部分定义为一个导电几何结构单元，导电几何结构单元的结构周期优选为Lx＝Ly＝800μm。在优选的实施例中，导电几何结构层的占空比为5％～30％，即，导电几何结构层的面积占介质基底面积的5％～30％，优选地，导电几何结构层的占空比为22.69％，使得超材料能够更好的实现对谐振峰的调节。在优选的实施例中，导电几何结构层的厚度为6μm至25μm，优选地，导电几何结构层的厚度为18μm，使得超材料能够更好的实现对谐振峰的调节。在优选的实施例中，介电基底的厚度为6μm至25μm，优选地，介电基底的厚度为20μm，使得超材料可以在太赫兹范围内实现电磁调制功能。
在优选的实施例中，导电几何结构层通过真空层压附着在介质基底上。在优选的实施例中，导电几何结构层由电磁损耗材料制成，该电磁损耗材料包括铁氧体。在优选的实施例中，介电基底的材料由碳制成。介电基底是耐燃材料等级为FR4介电基底，在优选的实施例中，介电基底的介电常数的取值范围为3.2～5.2，损耗正切的取值范围为0.0032～0.0048。
本实用新型的所提供的超材料的有益效果至少在于以下(1)至(3)：
(1)本实用新型提供的超材料是一种太赫兹波段单层混合结构材料，可以实现不同结构产生的谐振峰的叠加，扩展带宽。
(2)本实用新型提供的超材料是一种阻抗材料，可以通过电磁损耗材料结构的类型和占空比实现对谐振峰的调节。
(3)本实用新型提供的超材料，在0.1-10THz内，获得电磁调制功能。
实施例1
图1A是根据本实用新型一具体实施例的超材料是单层混合型电磁损耗材料方孔材料的结构示意图，图1B是该超材料的沿着穿过方孔的直线而截取的截面图。如图1和图1B所示，该超材料包括单层超材料层，该单层超材料层包括：FR4介质基底3，介质基底厚度d为20μm且包含碳；通过真空层压附着在介质基底3上的导电几何结构层4，导电几何结构层厚度h为6μm，占空比为5％；以及穿透导电几何结构层4设置的至少一个通孔单元，该通孔单元包括并列排布的不同尺寸的两对方孔，即一对第一方孔1和一对第二方孔2，且两对方孔的中心处于同一个正方形的四个顶点上，即每个通孔的中心为等间距排布，第一方孔1和第二方孔2的尺寸分别是300μm×50μm以及200μm×50μm，其中，将每个所述通孔单元以及所述通孔单元所在的所述导电几何结构层的部分定义为一个导电几何结构单元，所述导电几何结构单元的结构周期为Lx＝Ly＝800μm，同时导电几何结构层由包括铁氧体的电磁损耗材料制成，该介电基底的介电常数为4.3，损耗正切为0.004。
实施例2
如图2A和图2B所示，超材料包括单层超材料层，该单层超材料层包括：介质基底3，介质基底厚度d为75μm且包含碳；通过真空层压附着在介质基底3上的导电几何结构层4；导电几何结构层4，导电几何结构层厚度h为25μm，占空比为30％；以及穿透导电几何结构层4设置的至少一个通孔单元，该通孔单元包括并列排布的不同尺寸的两对圆孔，即，一对第一圆孔5和一对第二圆孔6，且两对圆孔的通孔中心分别处于同一个正方形的四个顶点上，同时上述两对圆孔的半径分别是150μm以及25μm，其中，导电几何结构单元的结构周期为Lx＝Ly＝800mm，同时导电几何结构层由包括铁氧体的电磁损耗材料制成，该介电基底的介电常数为4.3，损耗正切为0.004。
实施例3
如图3A和图3B所示，一种超材料包括单层超材料层，该单层超材料层包括：介质基底3，介质基底厚度d为50um且包含碳；通过真空层压附着在介质基底3上的导电几何结构层4，导电几何结构层厚度h为20μm，占空比为20％；以及穿透导电几何结构层4设置的至少一个通孔单元，该通孔单元包括并列排布的一对第三方孔7和一对第三圆孔8，且两对通孔的中心分别处于同一个正方形的四个顶点上，第三方孔7的尺寸是300μm×50μm，第三圆孔8的半径为25μm，其中，导电几何结构单元的结构周期为Lx＝Ly＝800mm，同时导电几何结构层由包括铁氧体的电磁损耗材料制成，该介电基底的介电常数为4.3，损耗正切为0.004。
实施例4
一种超材料包括单层超材料层，该单层超材料层包括厚度为40um且包含碳的介质基底、通过真空层压附着在介质基底上的导电几何结构层以及穿透厚度为18μm且占空比为22.69％的导电几何结构层设置的至少一个通孔单元，该通孔单元包括并列排布的不同尺寸的两对方孔，且两对通孔的通孔中心分别处于同一个正方形的四个顶点上，同时上述两对方孔的尺寸分别是300μm×50μm以及200μm×50μm，其中，导电几何结构单元的结构周期为Lx＝Ly＝800mm，同时导电几何结构层由包括铁氧体的电磁损耗材料制成，该介电基底的介电常数为4.3，损耗正切为0.004。
实施例5
一种超材料包括单层超材料层，该单层超材料层包括厚度为6um且包含碳的介质基底、通过真空层压附着在介质基底上的导电几何结构层以及穿透厚度为20μm且占空比为22.69％的导电几何结构层设置的至少一个通孔单元，该通孔单元包括并列排布的不同尺寸的两对方孔，且两对通孔的通孔中心分别处于同一个正方形的四个顶点上，同时上述两对方孔的尺寸分别是300μm×50μm以及200μm×50μm，其中，导电几何结构单元的结构周期为Lx＝Ly＝800mm，同时导电几何结构层由包括铁氧体的电磁损耗材料制成，该介电基底的介电常数为4.3，损耗正切为0.004。
本领域技术人员应当理解，本实用新型所提供的通孔的单元的实施例并不限于实施例中所列举的通孔的组合和尺寸。
本实用新型的超材料是利用在同一层电磁损耗材料上的不同尺寸的具有电磁耗损材料的微结构，通过不同微结构的耦合叠加来调节微结构结构参数，以此在太赫兹范围内实现多谐振或者宽谐振。同时，单层超材料层构成的超材料具有重量轻、价格低廉、易于加工的优势，相比多层材料的设计，能够节省成本，从而有效地解决了现有技术中的太赫兹器件的样件尺寸小，成品率不高的问题，更加具有实际应用价值。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种超材料，其特征在于，所述超材料包括单层超材料层，所述单层超材料层包括介质基底、附着在所述介质基底上的导电几何结构层以及穿透所述导电几何结构层设置的至少一个通孔单元，所述通孔单元包括在平面二维方向并列排布的不同尺寸的两对通孔，且每个所述通孔的中心为等间距排布。
2.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述通孔是不同尺寸的两对方孔。
3.根据权利要求2所述的超材料，其特征在于，两对所述方孔的长的取值范围分别为240μm～360μm以及160μm～240μm，两对所述方孔的宽的取值范围均为40μm～60μm。
4.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述通孔是不同尺寸的两对圆孔。
5.根据权利要求4所述的超材料，其特征在于，两对所述圆孔的半径的取值范围分别为120μm～180μm以及20μm～30μm。
6.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述通孔包括并列排布的一对方孔和一对圆孔。
7.根据权利要求6所述的超材料，其特征在于，所述圆孔的通孔半径的取值范围为20μm～30μm，所述方孔的长的取值范围为240μm～360μm且所述方孔的宽的取值范围为60μm～240μm。
8.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，将每个所述通孔单元以及所述通孔单元所在的所述导电几何结构层的部分定义为一个导电几何结构单元，所述导电几何结构单元的结构周期为Lx＝Ly，且Lx与Ly的取值范围均为640～960μm。
9.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构层的面积占所述介质基底的面积的5％～30％。
10.根据权利要求9所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构层的面积占所述介质基底的面积的22.69％。
11.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构层的厚度为6μm至25μm。
12.根据权利要求11所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构层的厚度为18μm。
13.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述介电基底的厚度为6μm至75μm。
14.根据权利要求13所述的超材料，其特征在于，所述介电基底的厚度为40μm。
15.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构层通过真空层压附着在所述介质基底上。
16.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构层由电磁损耗材料制成。
17.根据权利要求16所述的超材料，其特征在于，所述电磁损耗材料包括铁氧体。
18.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述介电基底的材料由碳制成。
19.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述介电基底是耐燃材料等级为FR4的介电基底。
20.根据权利要求19所述的超材料，所述介电基底的介电常数的取值范围为3.2～5.2，损耗正切的取值范围为0.0032～0.0048。
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