CN102800979A - 一种宽频人工电磁材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽频人工电磁材料，包括基材和附着在所述基材上的人造微结构，所述人造微结构包括一开口环形结构和一部分嵌套在开口环形结构内部的工字形结构。这种结构的人工电磁材料在较宽的频带范围内折射率较大且变化比较平稳，而且在一定的频段内介电常数由零逐渐增加，可以满足特殊场合的需求，比如半导体制造以及天线制造等领域，具有广阔的应用前景。

Description

一种宽频人工电磁材料
技术领域
本发明涉及一种人工电磁材料，更具体地说，涉及一种宽频人工电磁材料。
背景技术
人工电磁材料，俗称超材料，是一种能够对电磁波产生响应的新型人工合成材料，由基板和附着在基板上的人造微结构组成。人造微结构是由金属线组成的具有一定几何图案的平面或立体结构，例如组成圆环形、工字形的金属线等。人工电磁材料能够对电磁波产生响应，从而使人工电磁材料整体体现出不同于基板的电磁特性，例如介电常数ε和磁导率μ不同，根据折射率公式
Figure BDA0000072314610000011
可知，折射率n也不同。
现有的人工电磁材料，其人造微结构通常为工字形、具有这种结构的人工电磁材料，只能实现比较小的折射率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的上述缺陷，设计新的人造微结构从而实现一种宽频人工电磁材料，该人工电磁材料可以在较宽的频带内实现较高折射率且变化比较平稳。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种宽频人工电磁材料，包括基材和附着在所述基材上的人造微结构，所述人造微结构包括一开口环形结构和一部分嵌套在开口环形结构内部的工字形结构。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构还包括至少一根与所述工字形结构的中间连接线相连接的线段。
在本发明的优选实施方式中，所述线段被所述工字形的中间连接线平分。
在本发明的优选实施方式中，所述线段相互平行。
在本发明的优选实施方式中，所述线段中至少有一条线段位于开口环形结构的外面。
在本发明的优选实施方式中，所述开口环形结构为多边形。
在本发明的优选实施方式中，所述开口环形结构的弯折部为弧形。
在本发明的优选实施方式中，所述开口环形结构为圆形或者椭圆形。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构由铜线或者银线制成。
在本发明的优选实施方式中，所述基板为陶瓷材料、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或者FR-4。
实施本发明的宽频人工电磁材料，具有以下有益效果：在较宽的频带范围内折射率较大且变化较平稳，而且在一定的频段内介电常数由零逐渐增加，可以满足特殊场合的需求，比如半导体制造以及天线制造等领域。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的宽频人工电磁材料的结构示意图；
图2至图7是人造微结构的可能结构示意图；
图8是图1中所示宽频人工电磁材料的折射率特性曲线图；
图9是图1中所示宽频人工电磁材料的介电常数特性曲线图。
具体实施方式
本实施例提供一种宽频人工电磁材料，其结构如图1所示，包括至少一个材料片层，当具有多个材料片层时，这些材料片层沿垂直于其表面的方向堆叠到一起。
图如1所示，该材料包括3块均匀等厚的材料片层1，多块材料片层1沿垂直于基板平面的方向(z轴方向)依次堆叠，每两块材料片层1之间通过一定的封装工艺例如焊接、铆接、粘接等方式成为一个整体或者通过填充可连接二者的物质例如液态基板原料，其在固化后将已有的两材料片层1粘合，从而使多块材料片层1构成一个整体。
每个材料片层1包括基板和附着在基板上的人造微结构，将基板虚拟地划分成多个完全相同的相互紧挨着的柱状基板单元，这些基板单元以x轴方向为行、以与之垂直的y轴方向为列依次阵列排布。基板单元和基板单元上的人造微结构共同构成一个材料单元2；如图1所示，本实施例的材料可看作是由多个材料单元2沿x、y、z三个方向阵列排布而成，其中，人造微结构可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等方式附着于所述基材上。人造微结构的材质为金属线，这里使用横截面为矩形的铜线，当然金属线也可以使用银线等其他金属线，金属线的横截面也可以为圆柱状、扁平状或者其他形状。在本实施例中第一人造微结构3包括一开口矩形结构和一部分嵌套在开口环形结构内部的工字形结构，还包括多条被工字形结构的中间连接线平分的线段，所述线段位于开口矩形结构的内部。当然所述线段的一部分也可以位于开口矩形结构的外部，如图7所示，所述线段的长度可以相等也可以不相等如图5所示，所述开口环形结构的弯折部可以为弧形如图6所示，开口环形结构可以为圆形、椭圆形或者多边形如图3和图4所示。图8是电磁波通过该宽频人工电磁材料时的折射率特性曲线，图9是介电常数特性曲线，由图8可知折射率在较宽的频段内(1GHz～6GHz)比较稳定且都大于6，由对应的虚线可以知在该频段内损耗很低；由图9可知该结构的宽频人工电磁材料在一定的频段范围内(7.6GHz～9.5GHz)介电常数由零逐渐增大。
当我们需要在不同频段内用到宽频特性或者低介电常数特性时，可以通过改变人造微结构的尺寸来实现。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明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发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可对人造微结构做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种宽频人工电磁材料，其特征在于，包括基材和附着在所述基材上的人造微结构，所述人造微结构包括一开口环形结构和一部分嵌套在开口环形结构内部的工字形结构。
2.根据权利要求1所述的宽频人工电磁材料，其特征在于：所述人造微结构还包括至少一根与所述工字形结构的中间连接线相连接的线段。
3.根据权利要求2所述的宽频人工电磁材料，其特征在于：所述线段被所述工字形的中间连接线平分。
4.根据权利要求2所述的宽频人工电磁材料，其特征在于：所述线段相互平行。
5.根据权利要求2所述的宽频人工电磁材料，其特征在于：所述线段中至少有一条线段位于开口环形结构的外面。
6.根据权利要求1至5任一所述的宽频人工电磁材料，其特征在于：所述开口环形结构为多边形。
7.根据权利要求1至5任一所述的宽频人工电磁材料，其特征在于：所述开口环形结构的弯折部为弧形。
8.根据权利要求1至5任一所述的宽频人工电磁材料，其特征在于：所述开口环形结构为圆形或者椭圆形。
9.根据权利要求1至5任一所述的宽频人工电磁材料，其特征在于：所述人造微结构由铜线或者银线制成。
10.根据权利要求1至5任一所述的宽频人工电磁材料，其特征在于，所述基板为陶瓷材料、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或者FR-4。
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