[發明專利]一種電磁透明的超材料

有效

• 申請號: 201110061874.4
• 申請日: 2011-03-15
• 公開（公告）號: CN102856652A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 劉若鵬;欒琳;廖臻;趙治亞
• 申請（專利權）人: 深圳光啟高等理工研究院;深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種超材料，尤其涉及一種具有電磁透明的超材料。

背景技術

電磁透明材料是指能透過電磁波且幾乎不改變電磁波的性質(包括能量)的材料。其廣泛應用于航空、航天、軍事裝備以及無線電裝備等領域，其功能為滿足微波-毫米波信號的接收、傳輸、放大、混頻、發射等性能要求或避免入射電磁波大量反射從而達到避開對方雷達探測的目的。傳統的電磁透明材料是采用纖維增強樹脂基復合材料，該樹脂基復合材料的透明性能與纖維種類、樹脂基體以及復合材料界面性能相關，纖維和樹脂基體對材料透明性能的影響取決于其本身的介電特性。由于此類傳統電磁透明材料其透明性能取決于其材質本身的透明特性，當外部環境較惡劣，例如高溫高壓時，傳統電磁透明材料的物理特性與透明特性均受限制，因此其適應面窄。且傳統電磁透明材料的電磁參數調節復雜，針對不同的電磁波頻段需要分別調節傳統電磁透明材料的成分以及組分，其需要大量的實驗驗證并且制作成本高。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術的上述不足，利用超材料設計技術提出一種結構簡單、適應面廣的電磁透明的超材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種電磁透明的超材料，其包括：基材、周期排列于該基材內部的人造金屬微結構；當電磁波通過該超材料時，該人造金屬微結構在垂直該電磁波入射的方向和平行該電磁波入射的方向等效為兩個相同的由電感支路以及對稱并聯于該電感支路的兩條相同的電容支路組成的二維電路，該二維電路對應于該電磁波的頻段使得該電磁波通過該超材料時該超材料的介電常數和磁導率均基本為1。

該人造金屬微結構包括共中點相互交叉的第一金屬分支、第二金屬分支和第三金屬分支，該第一金屬分支平行于該電磁波入射方向；兩條第四金屬分支和兩條第五金屬分支中點位于該第一金屬分支兩端且分別與該第二金屬分支和該第三金屬分支等長且平行；兩條第六金屬分支中點位于該第二金屬分支兩端且與該第一金屬分支等長且平行；兩條第七金屬分支中點位于該第三金屬分支兩端且與該第一金屬分支等長且平行；該第六金屬分支和該第四金屬分支構成該人造金屬微結構的第一平面，該第五金屬分支和該第七金屬分支構成該人造金屬微結構的第二平面；每條該第四金屬分支和每條該第五金屬分支分別對稱于其中點設置有至少一對缺口結構。

該缺口結構由每條該第四金屬分支和每條該第五金屬分支斷裂開口而成。

該斷裂開口兩端還連接有相對的兩第八金屬分支。

該相對的兩第八金屬分支為直線型金屬分支或圓弧形金屬分支。

該第一金屬分支、該第二金屬分支和該第三金屬分支共中心點相互垂直交叉且該第一金屬分支、該第二金屬分支和該第三金屬分支長度相等。

該基材由多個片狀基材組合而成，每一該片狀基材上附著有多個金屬分支；當多個該片狀基材組合后，附著在多個該片狀基材上的多個該金屬分支組合為該人造金屬微結構。

該基材為玻璃、FR-4、F4B、環氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、橡膠、聚丙乙烯中的一種或幾種。

該人造金屬微結構是通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻、離子刻附著于該基材。

本發明通過設計一種超材料的人造金屬微結構并將其周期排列于基材內部使得超材料具有特定的電磁響應，當電磁波通過該超材料時其傳播路徑不會發生偏折、傳播方向也不會發生改變。本發明采用不同于傳統電磁透明材料的透波原理，使電磁波透明特性不拘于基材材質從而極大提高電磁透明材料的適用范圍。進一步地，本發明人造金屬微結構設計為在各方向對稱，從而使得人造金屬微結構具有各項同性即超材料在空間中各點的介電常數和磁導率的每一個方向的分量都不隨位置變化而改變從而進一步地擴大了本發明的適用范圍。更進一步地，由于調節人造金屬微結構的尺寸即可調節本發明電磁透明的超材料的電磁參數，因此其具有制造成本低且電磁參數調節方便的優點。

附圖說明

圖1(a)為本發明電磁透明的超材料在垂直電磁波入射的方向等效而成的二維電路圖；

圖1(b)為本發明電磁透明的超材料在平行電磁波入射的方向等效而成的二維電路圖；

圖2為本發明電磁透明的超材料基本單元的整體立體結構示意圖；

圖3為本發明電磁透明的超材料人造金屬微結構立體示意圖。

具體實施方式

超材料是由具有一定圖案形狀的人造金屬微結構按照特定方式周期排列于基材中而構成。人造金屬微結構不同的圖案形狀和排列方式使得超材料具有不同的介電常數和不同的磁導率從而使得超材料具有不同的電磁響應。