CN1332261C - 可调谐微波左手材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微波左手材料，特别涉及一种透射带宽、频率和强度可调谐的微波左手材料。与以往材料相比，本发明以某一尺寸金属六边形开口谐振环组与金属线的组合结构单元阵列作为基底，通过引入内外环几何参数不同的缺陷谐振环，制得透射带宽、透射峰频率和透射峰强度可调谐的微波左手材料。所制备材料的微波透射测试表明，该左手材料的透射带宽范围可达740MHz～1200MHz，透射峰的频率在9750MHz～10210MHz频段内可调控，透射峰的强度可在-29dB～-39dB范围内变化。
Description
技术领域 本发明涉及一种左手材料，特别涉及一种透射带宽、透射峰频率和强度可调谐的微波左手材料。
背景技术 左手材料(left-handed metamaterials)是一种自然界中不存在的人工复合结构材料，在某一频段内介电常数和磁导率同时为负，在其中传播的电磁波的相速度和群速度方向相反，从而呈现出许多新颖的光学特性，如反常Doppler效应、反常Cherenkov效应、完美透镜效应、负折射效应等。因而在无线电通信、超敏感传感器、医学诊断成像等领域有重要的应用价值。目前研究者所设计的实现负磁导率的开口谐振环(SRRs)多为圆形和方形；材料的微波电磁谐振行为，即其微波透射带宽、透射峰频率和强度不可调节，这为其实际应用带来了很大的局限性。
发明内容 本发明的目的是提供一种可调谐的微波左手材料，其结构单元为金属六边形开口谐振环组与金属线的组合。相同几何参数结构单元按照一定的周期构成基底左手材料，通过将某些结构单元中的基底谐振环替换为不同几何参数的缺陷谐振环，得到透射带宽范围为740MHz～1200MHz，透射峰频率在9750MHz～10210MHz范围内可调控、透射峰强度可在-29dB～-39dB范围内变化的可调谐微波左手材料。
附图说明
图1单条可调谐微波左手材料样品。
图2基底谐振环为SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)，点缺陷分别为空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/2.4mm)的微波左手材料的微波透射曲线。
图3基底谐振环为SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)，线缺陷I分别为空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)、SRRs(d1/d2＝1.0/2.4mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)的微波左手材料的微波透射曲线。
图4基底谐振环为SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)，线缺陷II分别为空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/2.4mm)的微波左手材料的微波透射曲线。
图5基底谐振环为SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)，线缺陷III分别为空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)、SRRs(d1/d2＝1.0/2.4mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)的微波左手材料的微波透射曲线。
具体实施方式 采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出基底金属铜开口谐振环阵列；该阵列以内外环开口连线方向为列方向，其垂直方向为行方向，列方向谐振环中心间距为2.7～3.7mm，行方向谐振环中心间距为3.0～10.0mm；基底谐振环内环的内切圆直径为1.0～1.5mm，外环的内切圆直径为2.0～3.3mm，开口g＝0.1～0.5mm，线宽为c＝0.1～0.5mm，谐振环厚度为0.01～0.03mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为3.0～10.0mm，长度为0.6～10.0mm，线宽为0.1～0.5mm，厚度为0.01～0.03mm；沿列方向几个基底谐振环组成谐振环组，与PCB基板另一面的金属铜线共同组成一个结构单元；将所制得的金属铜结构单元阵列切割，成为包含多个结构单元的条状结构，并以条数为1～10将条状PCB基板平行且等间距排列，制得基底微波左手材料；将某些结构单元中的基底谐振环用空位或不同几何尺寸的缺陷谐振环替换，缺陷谐振环内环的内切圆直径为0mm～1.5mm，外环的内切圆直径为0mm～3.3mm，开口间距为0.05mm～0.7mm，线宽为0.1mm～0.5mm，厚度为0.01～0.03mm，制得缺陷调控微波透射带宽、透射峰频率和强度的微波左手材料。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：
实施例一：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出基底金属铜开口谐振环阵列；该阵列以内外环开口连线方向为列方向，其垂直方向为行方向，列方向谐振环中心间距为3.3mm，行方向谐振环中心间距为7.0mm；基底谐振环内外环的内切圆直径分别为1.0mm和2.2mm，开口g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为7.0mm，长度为9.9mm，线宽为0.5mm，厚度为0.02mm；沿列方向三个基底谐振环组成谐振环组，与PCB基板另一面的金属铜线共同组成一个结构单元；将所制得的金属铜结构单元阵列切割，成为包含7个结构单元的条状结构，将3条PCB基板平行且等间距7mm排列，制得基底微波左手材料；将中间条PCB基板的中心结构单元中部的基底谐振环用空位或不同几何尺寸的缺陷谐振环替换，缺陷谐振环的内环内切圆直径为1.0mm，外环内切圆直径分别为2.0mm和2.4mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，厚度为0.02mm，制得点缺陷调控微波透射带宽、透射峰频率和强度的微波左手材料。样品的微波透射曲线如附图2所示。
实施例二：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出基底金属铜开口谐振环阵列；该阵列以内外环开口连线方向为列方向，其垂直方向为行方向，列方向谐振环中心间距为3.3mm，行方向谐振环中心间距为7.0mm；基底谐振环内外环的内切圆直径分别为1.0mm和2.2mm，开口g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为7.0mm，长度为9.9mm，线宽为0.5mm，厚度为0.02mm；沿列方向三个基底谐振环组成谐振环组，与PCB基板另一面的金属铜线共同组成一个结构单元；将所制得的金属铜结构单元阵列切割，成为包含7个结构单元的条状结构，将3条PCB基板平行且等间距7mm排列，制得基底微波左手材料；将每条PCB基板的中心结构单元中部的基底谐振环用空位或不同几何尺寸的缺陷谐振环替换构成线缺陷I，缺陷谐振环的内环内切圆直径为1.0mm，外环内切圆直径分别为2.0mm，2.4mm和2.6mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，厚度为0.02mm，制得线缺陷I调控微波透射带宽、透射峰频率和强度的微波左手材料。样品的微波透射曲线如附图3所示。
实施例三：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出基底金属铜开口谐振环阵列；该阵列以内外环开口连线方向为列方向，其垂直方向为行方向，列方向谐振环中心间距为3.3mm，行方向谐振环中心间距为7.0mm；内外环的内切圆直径分别为1.0mm和2.2mm，开口g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为7.0mm，长度为9.9mm，线宽为0.5mm，厚度为0.02mm；沿列方向三个基底谐振环组成谐振环组，与PCB基板另一面的金属铜线共同组成一个结构单元；将所制得的金属铜结构单元阵列切割，成为包含7个结构单元的条状结构，将3条PCB基板平行且等间距7mm排列，制得基底微波左手材料；将中间条PCB基板的中心结构单元三个基底谐振环用空位或不同几何尺寸的缺陷谐振环替换构成线缺陷II，缺陷谐振环的内环内切圆直径为1.0mm，外环内切圆直径分别为2.0mm和2.4 mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，厚度为0.02mm，制得线缺陷II调控微波透射带宽、透射峰频率和强度的微波左手材料。样品的微波透射曲线如附图4所示。
实施例四：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出基底金属铜开口谐振环阵列；该阵列以内外环开口连线方向为列方向，其垂直方向为行方向，列方向谐振环中心间距为3.3mm，行方向谐振环中心间距为7.0mm；基底谐振环内外环的内切圆直径分别为1.0mm和2.2mm，开口g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为7.0mm，长度为9.9mm，线宽为0.5mm，厚度为0.02mm；沿列方向三个基底谐振环组成谐振环组，与PCB基板另一面的金属铜线共同组成一个结构单元；将所制得的金属铜结构单元阵列切割，成为包含7个结构单元的条状结构，将3条PCB基板平行且等间距7mm排列，制得基底微波左手材料；将中间条PCB基板的中心及其相邻两结构单元中部的基底谐振环用空位或不同几何尺寸的缺陷谐振环替换构成线缺陷III，缺陷谐振环的内环内切圆直径为1.0mm，外环内切圆直径分别为2.0mm，2.4mm和2.6mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，厚度为0.02mm，制得构成线缺陷III调控微波透射带宽、透射峰频率和强度的微波左手材料。样品的微波透射曲线如附图5所示。
Claims (5)
1.一种可调谐微波左手材料，该材料的结构单元由金属铜六边形开口谐振环组与金属铜线组成，它们分别位于环氧酚醛玻璃纤维板两表面，其主要特征是：在基底开口谐振环中引入缺陷谐振环，由缺陷谐振环几何参数的改变实现左手材料的透射带宽、透射峰频率和透射峰强度的可调控性。
2.如权利要求1所述可调谐微波左手材料，其特征是基底金属铜开口谐振环为正六边形，内环的内切圆直径为1.0mm，外环的内切圆直径为2.2mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，谐振环厚度为0.02mm。
3.如权利要求1所述可调谐微波左手材料，其特征是缺陷谐振环的内环内切圆直径为1.0mm，外环内切圆直径为2.0mm、2.4mm或2.6mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，谐振环厚度为0.02mm。
4.如权利要求1所述可调谐微波左手材料，其特征是金属铜线的长度为9.9mm，线宽为0.5mm，厚度为0.02mm。
5.如权利要求1所述可调谐微波左手材料制造方法，其过程包括如下步骤：
(1)采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm环氧酚醛玻璃纤维PCB基板两表面上分别刻蚀出金属铜开口谐振环和金属铜线结构单元阵列，该阵列以内外环开口连线确定的方向为列方向，其垂直方向为行方向，列方向谐振环中心间距为3.3mm，行方向谐振环中心间距为7.0mm；沿列方向数个谐振环组成谐振环组，与PCB基板另一面的金属铜线共同组成一个结构单元；
(2)将所制得的金属铜结构单元阵列切割成含多个结构单元的条状结构，并将条状PCB基板平行且等间距排列制得基底微波左手材料；
(3)用缺陷谐振环替换基底微波左手材料某结构单元中的一个谐振环，制得点缺陷调控的左手材料；用缺陷谐振环替换基底微波左手材料中相邻的多个谐振环，制得线缺陷调控的微波左手材料；
(4)调节其条状PCB基板条数为3，制得透射带宽范围为740MHz～1200MHz，透射峰频率在9750MHz～10210MHz范围内可调控，透射峰强度可在-29dB～-39dB范围内变化的可调谐微波左手材料。
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