[發(fā)明專(zhuān)利]一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310068655.8
• 申請(qǐng)日: 2013-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103178352A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文光俊;黃勇軍;王黃騰龍;鐘靖平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué);無(wú)錫成電科大科技發(fā)展有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q15/00
• 分類(lèi)號(hào): H01Q15/00
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 馬曉亞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料及其制備方法，屬于微波電磁材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超材料具有很多不同于常規(guī)材料的奇異特性，比如負(fù)磁導(dǎo)率，負(fù)介電常數(shù)和負(fù)折射系數(shù)。正是由于這些奇異特性及其在微波電磁材料技術(shù)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景，超材料研究已成為學(xué)術(shù)界的一大熱點(diǎn)。電磁超材料已成為當(dāng)今物理學(xué)、材料學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域及交叉學(xué)科的重點(diǎn)研究對(duì)象，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)意義。

最早對(duì)周期結(jié)構(gòu)超材料進(jìn)行研究的是Pendry，他于1996年提出了用周期導(dǎo)線陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)單負(fù)介電常數(shù)，用雙環(huán)開(kāi)口諧振環(huán)實(shí)現(xiàn)單負(fù)磁導(dǎo)率。2000年，D.R.Smith等人基于J.B.Pendry提出的構(gòu)造單負(fù)介電常數(shù)超材料、單負(fù)磁導(dǎo)率超材料的思想，首次人工合成出在X波段等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)的負(fù)折射率微波電磁超材料，實(shí)現(xiàn)了1976年前蘇聯(lián)科學(xué)家V.G.Veselago所預(yù)言的理想負(fù)折射率電磁超材料。2006年，D.Schurig提出了一種基于電感電容諧振特性以產(chǎn)生單負(fù)介電常數(shù)特性的新型單負(fù)介電常數(shù)超材料，該材料中單元諧振環(huán)相互之間無(wú)需電連接，該單負(fù)介電常數(shù)超材料為單頻諧振，且其工作頻段不易于控制。

發(fā)明內(nèi)容

為解決目前單負(fù)介電常數(shù)超材料單頻諧振且工作頻段不易于控制的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料及其制備方法，該多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料具有調(diào)節(jié)頻段簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，制備方法簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)，可用于設(shè)計(jì)研究多頻負(fù)折射率超材料、多頻帶通/帶阻濾波器、多頻電磁隱形材料和吸波材料等。

一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料，所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基板為環(huán)氧樹(shù)脂PCB基板，所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基本結(jié)構(gòu)單元為基于短截線連接的金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)。

其中，所述基于短截線連接的金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)包括：外環(huán)，內(nèi)環(huán)，所述外環(huán)的內(nèi)部設(shè)置有貫穿所述內(nèi)環(huán)的十字交叉型通道，十字交叉型通道包括兩條互相垂直的通道，十字交叉型通道將內(nèi)環(huán)均勻分成4段圓弧，所述通道的兩側(cè)設(shè)置有微帶線，所述微帶線分別與所述4段圓弧連接形成4個(gè)獨(dú)立的扇形孔，所述外環(huán)與所述4段圓弧之間均連接有短截線，這4條短截線的延長(zhǎng)線相交于十字交叉型通道的中點(diǎn)，其中2條短截線位于一條直線上，另外2條短截線位于另一條直線上，這兩條直線以所述通道為中線對(duì)稱(chēng)分布。

其中，所述外環(huán)的外側(cè)圓的半徑為1.5mm～3mm，所述外環(huán)的寬度為0.1mm～0.3mm，所述外環(huán)與所述內(nèi)環(huán)間隔為0.1mm～0.3mm，所述內(nèi)環(huán)的寬度為0.1mm～0.3mm，所述十字交叉型通道的寬度為0.1mm～0.3mm，所述微帶線的寬度為0.1mm～0.3mm，所述短截線的寬度為0.1mm～0.3mm，所述直線與其中一條所述通道的夾角為5°～45。

其中，所述環(huán)氧樹(shù)脂PCB基板的介電常數(shù)為2.2～6.0，損耗角正切0.0018～0.02，厚度為0.25mm～1.6mm。

其中，所述外環(huán)的外側(cè)圓的半徑為2.2mm，所述外環(huán)的寬度為0.1mm，所述外環(huán)與所述內(nèi)環(huán)間隔為0.1mm，所述內(nèi)環(huán)的寬度為0.1mm，所述十字交叉型通道的寬度為0.1mm，所述微帶線的寬度為0.1mm，所述短截線的寬度為0.1mm，所述直線與其中一條所述通道的夾角為5°、15°、25°、35°或45°；所述環(huán)氧樹(shù)脂PCB基板的介電常數(shù)為3.55，損耗角正切0.0027，厚度為0.5mm。

其中，所述多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的基本結(jié)構(gòu)單元之間的間隔為4mm～7mm。

一種多頻單負(fù)介電常數(shù)超材料的制備方法，包括：

通過(guò)欲調(diào)控的負(fù)介電常數(shù)諧振頻段計(jì)算出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)中的短截線所在直線與通道的夾角；

采用電路板刻蝕技術(shù)，在環(huán)氧樹(shù)脂PCB基板的一側(cè)刻蝕出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)。

其中，所述通過(guò)欲調(diào)控的負(fù)介電常數(shù)諧振頻段計(jì)算出所述金屬雙環(huán)十字交叉型諧振結(jié)構(gòu)中的短截線所在直線與通道的夾角具體為：