[發明專利]帶有可調十字金屬線結構的雙懸臂E型反向嵌套左手材料

有效

• 申請號: 201410011259.6
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103700948A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 游佰強;金琬晴;戚宇軒;周建華;李海雄;孫越
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種左手材料，特別是涉及一種可以實現在兩個方向上入射、頻率特性可控的帶有可調十字金屬線結構的雙懸臂E型反向嵌套左手材料。

背景技術

左手材料（left-handed?metamaterials）是一種具有負介電常數和負磁導率的人工復合材料，是由前蘇聯物理學家Mandelshtam于1940年最初提出的周期分布陣列結構。這種刻蝕在微波電路介質基板上的周期陣列結構能夠引起電場和磁場在一定頻率范圍內的諧振，使得該結構等效介電常數和磁導率同時表現為負值。左手材料的主要特點是，在左手材料中傳播的電磁波的相速度和群速度方向相反，電磁波的能量傳播方向和相速度方向相反，和之間滿足左手螺旋關系。20世紀90年代，Pendry等人（V.G.Veselago.The?Electrodynamics?of?Substances?with?Simultanesously?Negtive?Value[J].Soviet?Physics.1968,10:509-514）提出了用周期性金屬線組成的理論模型，推導出該結構模型的負介電常數頻段。根據Pendry的研究，通過對開口諧振環，即SRRs的周期型排列，可以使材料的磁性特性在一定的頻段內呈負值。1996年他首先提出了周期排列的金屬細導線在入射頻率比等離子體諧振頻率低時，會出現介電常數為負的情況，同時給出了計算有效介電常數的解析模型。1999年他的研究小組再一次提出周期放置的開環諧振器陣列，可以表現出負磁導率的特性，并且論文中給出了計算SRR磁導率的模型結構。2000年Smith以平均值法（Hsu?Y?J,Huang?Y?C,Lih?J?S.Electromagnetic?resonance?in?deformed?split?ring?resonators?of?lefthanded?meta-materials[J].2003,258:161-166）為理論依據，提出了三種直接能夠計算左手材料有效介電常數及有效磁導率的方法，分析了左手材料負折射率的解析解構，并得到了左手材料負折射率與材料介電常數和磁導率的關系。2006年，Xu等人的研究向人們展示了SRR陣列有效本構參數張量的提取技術（Antoniades?M?A,Eleftheriades?G?V.Compact?liner?lead?metamateral?phase?shifters?for?broadband?applications.[J]IEEE?Antennas?and?Wireless?Propagation?Letters.2003,2:103-106），指出在本構參數張量提取過程中，可以用等效電路方法來描述物理本質。近年來，左手材料被應用在眾多領域，包括電磁學、光學、聲學、電磁隱身、通信和醫學等領域，成為國內外學者的研究熱點。除SRR結構外，很多結構在某個頻點或頻段已經表現出了左手特性，包括螺旋環型結構、樹枝狀結構、蘑菇型結構、雙S型結構、Z型結構等。但這些結構的左手材料只能在某一個特定入射方向上實現左手特性，因此缺乏應用的靈活性和多樣性。

發明內容

本發明的目的是提供一種帶有可調十字金屬線結構的雙懸臂E型反向嵌套左手材料。

本發明設有介電基板、雙懸臂E型金屬線和十字金屬線結構；所述雙懸臂E型金屬線反向對稱刻蝕在介電基板的一側，交錯嵌套的E字結構中間臂斷開，所述十字金屬線結構設在介電基板背面。

所述介電基板可采用微波介電材料基板，介電基板的介電常數可為2～10，優選4.4±5%；介電基板的厚度可為0.25～1.3mm，優選0.40mm±5%。

所述十字金屬線可采用帶有均勻分布可調十字金屬線，所述帶有均勻分布可調十字金屬線可采用至少2組周期性的雙懸臂E型金屬線結構陣列，所述十字金屬線與雙懸臂E型金屬線同周期同間距。

本發明實現了左手材料雙懸臂E型結構各邊長度、兩個懸臂E型金屬線的耦合度、十字結構正交交疊位置的易于調控，通過調節單元幾何參數，能夠實現某個或多個左手頻段可控。由于采用了以上結構，實現了改變入射波方向和電場極化方向而保持磁場極化方向不變時，陣列結構的左手特性不發生改變，拓寬了電磁波的入射角度，這樣制備的新型微波左手材料可以實現從兩個方向上入射同時表現左手特性，是一種新型的雙入射左手材料，具有在實際應用中能夠從多方向入射所表現出相同左手性能的優點，實現了左手材料的多維化和多向化。

附圖說明

圖1為本發明實施例中帶有均勻分布可調十字金屬線結構的雙懸臂E型反向嵌套的新型雙入射左手材料示意圖。