[發明專利]一種發散電磁波的超材料

有效

• 申請號: 201110111547.5
• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN102760955A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 劉若鵬;徐冠雄;季春霖;岳玉濤
• 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;H01Q15/02
• 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，尤其涉及一種能發散電磁波的超材料。

背景技術

現有常規材料做成的發散天線等設備能實現電磁波的發散，但是存在以下缺點：體積大，不利于小型化使用；對形狀的依賴性強，很難進行靈活的設計；損耗大，介質容易老化，成本較高。

目前，超材料(metamaterial)作為一種新型材料，越來越引起人們的關注，所謂超材料，是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通的超常材料功能。目前常規的超材料均為通過在基材上周期排列人造金屬微結構以達到改變超材料各點的介電常數和磁導率的目的并最終實現超材料的各種電磁特性。。

但是超材料的核心思想是通過改變超材料各點介電常數和磁導率來整體上使超材料具有特定的電磁特性。改變超材料各點介電常數和磁導率并不一定需要在超材料基材上周期排列各種各樣的人造金屬微結構，且在超材料基材上排列人造金屬微結構工藝復雜、實現困難。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足提出一種工藝簡單、成本低廉且易于實現的發散電磁波的超材料。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是提供一種發散電磁波的超材料，其由多個立方體結構單元沿三維方向疊加而成，該立方體結構單元包括基材以及在基材中形成的一個或多個小孔；該超材料至少沿一個第一方向折射率呈中間最小、兩邊最大的變化趨勢。

沿該第一方向排布的多個立方體結構單元基材中的小孔體積呈中間最小、兩邊最大的變化趨勢；該些小孔內填充有折射率大于該基材折射率的介質。

沿該第一方向排布的多個立方體結構單元基材中的小孔體積呈中間最大、兩邊最小的變化趨勢；該些小孔內填充有折射率小于該基材折射率的介質。

沿該第一方向排布的多個立方體結構單元基材中的小孔體積均相同，該些小孔內分別填充有不同的介質，該些不同的介質使得該超材料的折射率沿該第一方向呈中間最小、兩邊最大的變化趨勢。

該立方體結構單元尺寸小于所需響應的電磁波波長的五分之一。

該超材料每一立方體結構單元基材中形成一個小孔，沿該第一方向排布的多個立方體結構單元基材中的小孔尺寸呈中間最小、兩邊最大的變化趨勢。

該超材料每一立方體結構單元基材中形成由多個體積相同的小孔，沿該第一方向的排布的多個立方體結構單元基材中的小孔數量呈中間最少、兩邊最多的變化趨勢。

該超材料每一立方體結構單元基材中形成一個小孔，沿該第一方向排布的多個立方體結構單元基材中的小孔尺寸呈中間最大、兩邊最小的變化趨勢。

該超材料每一立方體結構單元基材中形成由多個體積相同的小孔，沿該第一方向的排布的多個立方體結構單元基材中的小孔數量呈中間最多、兩邊最少的變化趨勢。

該基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料或鐵氧材料制成。

本發明采用打孔方式來改變超材料各點的電磁參數使得電磁波通過該超材料后被發散，具有工藝簡單、成本低廉且易于實現的有益效果。

附圖說明

圖1為本發明發散電磁波的超材料原理示意圖；

圖2為本發明發散電磁波的超材料第一較佳實施例第一實施方式立方體結構單元示意圖；

圖3為本發明發散電磁波的超材料第一較佳實施例第一實施方式由立方體結構單元沿X-Y-Z方向堆疊而成的超材料結構示意圖；

圖4為圖3所示超材料主視圖；

圖5為本發明發散電磁波的超材料第一較佳實施例第二實施方式主視圖；

圖6為本發明發散電磁波的超材料的第二較佳實施例主視圖。

具體實施方式

電磁波的發散是指平行入射的電磁波在通過超材料后，電磁波的傳播方向向相對的兩邊發散。具體原理圖請參照圖1。圖1中，平行入射的電磁波經過超材料A后變為發散型電磁波。

整個超材料可看成多個立方體結構單元沿三維X-Y-Z方向疊加而成，由于超材料自身需對電磁產生影響，因此要求立體結構單元的尺寸需小于所需響應的電磁波波長的五分之一。優選地，每一立方體結構單元尺寸均相同且為所需響應的電磁波波長的十分之一。

超材料對電磁場的響應主要取決于各個立方體結構單元對電磁場的響應，當立方體結構單元數量足夠多時，每個立方體結構單元對電磁場的響應將會疊加從而從宏觀上改變入射電磁波的各個物理特性。