[發(fā)明專利]微結(jié)構(gòu)、超材料板以及天線系統(tǒng)

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• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN103682657A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉若鵬;趙治亞;寇超鋒;李云龍
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微結(jié)構(gòu)、超材料板以及天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光，作為電磁波的一種，其在穿過玻璃的時候，因為光線的波長遠(yuǎn)大于原子的尺寸，因此我們可以用玻璃的整體參數(shù)，例如折射率，而不是組成玻璃的原子的細(xì)節(jié)參數(shù)來描述玻璃對光線的響應(yīng)。相應(yīng)的，在研究材料對其他電磁波響應(yīng)的時候，材料中任何尺度遠(yuǎn)小于電磁波波長的結(jié)構(gòu)對電磁波的響應(yīng)也可以用材料的整體參數(shù)，例如介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ來描述。通過設(shè)計材料每點的結(jié)構(gòu)使得材料各點的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都相同或者不同，從而使得材料整體的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率呈一定規(guī)律排布，規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應(yīng)，例如匯聚電磁波、發(fā)散電磁波、吸收電磁波等。該類具有規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的材料稱之為超材料。

如圖1所示，圖1為現(xiàn)有構(gòu)成超材料的基本單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。超材料的基本單元包括雪花型人造微結(jié)構(gòu)100以及該人造微結(jié)構(gòu)附著的基材200。雪花型人造微結(jié)構(gòu)可為人造金屬微結(jié)構(gòu)，其能對入射電磁波電場和/或磁場產(chǎn)生響應(yīng)以改變每個超材料基本單元對入射電磁波的響應(yīng)。多個超材料基本單元按一定規(guī)律排列，可使超材料對電磁波具有宏觀的響應(yīng)。由于超材料整體需對入射電磁波有宏觀電磁響應(yīng)，因此各個超材料基本單元對入射電磁波的響應(yīng)需形成連續(xù)響應(yīng)，這要求每一超材料基本單元的尺寸小于入射電磁波五分之一波長，優(yōu)選為入射電磁波十分之一波長。本段描述中，將超材料整體劃分為多個超材料基本單元是一種人為的劃分方法，但應(yīng)知此種劃分方法僅為描述方便，不應(yīng)看成超材料由多個超材料基本單元拼接或組裝而成，實際應(yīng)用中超材料是將人造金屬微結(jié)構(gòu)排布于基材上即可構(gòu)成，工藝簡單且成本低廉。

超材料的微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤詈?或尺寸是改變超材料對電磁波的電磁響應(yīng)的重要參數(shù)。現(xiàn)有的超材料的微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钸^于簡單，對電磁波響應(yīng)單一，用途較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)包括第一、第二、第三、第四基本結(jié)構(gòu)，所述第一基本結(jié)構(gòu)包括水平的第一金屬分支，所述第一金屬分支包括第一端點和第二端點，第二金屬分支垂直連接于第一金屬分支第二端點，第三金屬分支垂直連接于第二金屬分支且向第一金屬分支第一端點方向延伸，第四金屬分支垂直連接于第三金屬分支且向第一金屬分支方向延伸，第五金屬分支垂直連接于第四金屬分支且向第一金屬分支第二端點方向延伸；將第一基本結(jié)構(gòu)以第一基本結(jié)構(gòu)的第一金屬分支第一端點為旋轉(zhuǎn)點沿順時針方向旋轉(zhuǎn)90°得到第二基本結(jié)構(gòu)；將第二基本結(jié)構(gòu)以第二基本結(jié)構(gòu)的第一金屬分支第一端點為旋轉(zhuǎn)點沿順時針方向旋轉(zhuǎn)90°得到第三基本結(jié)構(gòu)；將第三基本結(jié)構(gòu)以第三基本結(jié)構(gòu)的第一金屬分支第一端點為旋轉(zhuǎn)點沿順時針方向旋轉(zhuǎn)90°得到第四基本結(jié)構(gòu)；所述微結(jié)構(gòu)中，各基本結(jié)構(gòu)僅其第一金屬分支第一端點與其他基本結(jié)構(gòu)的第一金屬分支第一端點相接，其他金屬分支與其他基本結(jié)構(gòu)的金屬分支不相交。

進一步地，所述第一、第二、第三、第四、第五金屬分支線寬依次增大。

進一步地，微結(jié)構(gòu)中，不同基本結(jié)構(gòu)的第二、第三、第四、第五金屬分支之間的間距相等。

進一步地，所述第一金屬分支線寬為0.2毫米、第二金屬分支線寬為0.4毫米、第三金屬分支線寬為0.6毫米、第四金屬分支線寬為0.8毫米、第五金屬分支線寬為1.6毫米。

本發(fā)明還提出一種超材料板，所述超材料板包括一層或多層基材，每層基材相對兩側(cè)表面分別周期排布有第一微結(jié)構(gòu)和第二微結(jié)構(gòu)；所述第一微結(jié)構(gòu)為上述的微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)與第一微結(jié)構(gòu)成鏡像對稱。

進一步地，所述基材在10GHZ時的介電常數(shù)為2.0至3.0。

進一步地，所述基材為FR-4材料、F4B材料、PS材料或陶瓷材料。

本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，其包括饋源以及設(shè)置于所述饋源輻射電磁波路徑上的上述超材料板。

進一步地，所述饋源為貼片天線、微帶天線或者喇叭天線。

進一步地，所述超材料板包括8層基材，所述超材料板與所述饋源的垂直距離為7至8毫米。

本發(fā)明通過設(shè)計超材料的微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤詈?或尺寸，使得天線系統(tǒng)中的饋源無需做任何改變即可增強饋源的增益。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的構(gòu)成超材料基本單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及微結(jié)構(gòu)分解為第一基本結(jié)構(gòu)、第二基本結(jié)構(gòu)、第三基本結(jié)構(gòu)和第四基本結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3為本發(fā)明超材料板上第一微結(jié)構(gòu)周期排布的結(jié)構(gòu)示意圖；