[發(fā)明專利]一種各向同性的雙負人工材料

無效

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• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN102280712A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設計）人: 段兆云;郭晨;唐濤
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01P7/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發(fā)明屬于功能材料技術領域，涉及人工結構材料，具體指一種各向同性的雙負人工材料。

背景技術

雙負人工材料(Double-Negative?Metamaterials)是指一種介電常數(shù)和磁導率同時為負值的介質材料。電磁波在其傳播時，波矢k、電場E和磁場H之間的關系符合左手定律，因此雙負人工材料也稱為“左手材料”。雙負人工材料具有一些不同尋常的電磁特性，例如負的折射率、反向切倫科夫輻射、反向多普勒效應、反折射定律等。雙負人工材料的實現(xiàn)被美國《科學》雜志評為2003年度十大科技突破之一。2006年利用超常材料(Metamaterials)制成的“隱身衣”被美國《科學》雜志再度評為當年十大科技突破之一。2010年美國《科學》雜志將超常材料評為過去十年科學界“十大卓見(Insights?of?the?Decade)”之一。

2001年，R.A.Shelby和D.R.Smith等人基于J.B.Pendry提出的構造單負介電常數(shù)材料、單負磁導率材料的思想，首次實現(xiàn)了等效介電常數(shù)和磁導率的實部均為負的雙負人工材料。隨后，A.Grbic和G.V.Eleftheriades于2002年首次報道了基于雙負人工材料的CPW(coplanarwaveguide)能夠實現(xiàn)類似于反向切倫科夫輻射的反向輻射。2008年，Argonne國家實驗室的S.Antipov等人報道了在一種填充雙負人工材料的矩形波導中傳播的TM波并且間接驗證了由電子團所產生的反向切倫科夫輻射。目前所制備的雙負人工材料主要是一維、二維，極少數(shù)為三維雙負人工材料，所選用的介質基片如FR-4介質基板，根本不適合工作于真空環(huán)境中。本發(fā)明的三維雙負人工材料的介質基片為聚酰亞胺(用于支撐)和陶瓷(用作PCB板)，可工作于真空及高溫環(huán)境下，而且是各向同性的，更適合應用于微波毫米波真空電子器件。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當單電子以一定速度在雙負人工材料上方通過時，如圖1所示，上方區(qū)域為真空(Vacuum)，下方區(qū)域為各向同性雙負人工材料(DNMs：Double-NegativeMetamaterials)，分界面在x＝-d處，電子在真空中以速度沿z方向運動，x軸垂直于分界面，y軸和z軸平行于分界面，電子電量為q。由雙負人工材料填充的區(qū)域會有反向切倫科夫輻射發(fā)生，而更值得讓人關注的特性是雙負人工材料上方真空區(qū)域內的凋落波明顯強于同一情形下普通介質上方真空區(qū)域內的凋落波。利用上述特性，有可能實現(xiàn)一種新型的基于雙負人工材料的平板型高功率微波毫米波源。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種各向同性的雙負人工材料，所述雙負人工材料為三維結構、各向同性的雙負人工材料，可應用于基于雙負人工材料的平板型高功率微波毫米波源。

本發(fā)明所采用的技術方案為：

一種各向同性的雙負人工材料，如圖4所示，由三維結構的雙負人工材料單元沿直角坐標系三維方向周期性密集堆積而成。所述三維結構的雙負人工材料單元如圖3所示，包括介質材料立方體和位于介質材料立方體中具有公共頂點的三個面上的雙負結構單元。其中，所述雙負結構單元如圖2所示，包括一個與介質材料立方體的一個面相同大小的介質基板、金屬開路環(huán)諧振器和金屬細線；所述金屬開路環(huán)諧振器位于介質基板正面，由兩個大小不同、開口相反的開路環(huán)構成，其中小開路環(huán)套于大開路環(huán)中；所述金屬細線位于介質基板背面，與兩個開口環(huán)的開口中心連線平行且距離等于介質基板厚度。三維結構的雙負人工材料單元中，三個雙負結構單元的金屬細線兩兩垂直。

上述技術方案中，所述介質材料立方體材料為聚酰亞胺；所述介質基板為聚酰亞胺或陶瓷介質基板。

本發(fā)明提供的各向同性的雙負人工材料，可以用先制備介質材料立方體、然后再介質材料立方體表面粘貼雙負結構單元、最后將三維結構的雙負人工材料單元沿直角坐標系三維方向周期性密集堆積而成的方法制備。也可以用先在長方體介質材料三個面上等距離開孔、然后將兩面分別制備了金屬細線和雙開口環(huán)的介質基板插入長方體介質材料孔中的方法實現(xiàn)制備。其中雙負結構單元可采用聚酰亞胺雙面覆銅板經(jīng)光刻工藝實現(xiàn)，或是先在陶瓷介質基板兩面沉積金屬層、然后分別光刻出金屬細線和雙開口環(huán)的方法實現(xiàn)。

本發(fā)明提供了一種各向同性的雙負人工材料，所述雙負人工材料具有三維結構、各向同性的特點，其結構尺寸可結合工作頻段、加工工藝靈活設計。本發(fā)明提供的各向同性的雙負人工材料可應用于高功率微波毫米波源用于激發(fā)微波毫米波。

附圖說明

圖1是單電子在各向同性雙負人工材料上方通過的示意圖。