[發明專利]一種雙頻段背向交叉耦合周期陣列左手材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201410045559.6
• 申請日: 2014-02-08
• 公開（公告）號: CN103746190A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 周建華;徐瑞迪;李海雄;游佰強
• 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，尤其是涉及一種雙頻段背向交叉耦合周期陣列左手材料及其制備方法。

背景技術

左手材料（left-handed?metamaterials）是一種到現在還沒有在自然界中找到的人工復合材料，是由前蘇聯物理學家Mandelshtam于1940年最初提出的，是在傳統的電路介質基板上刻蝕出一定尺寸的不同形狀的金屬圖形,在X、Y和Z方向上至少三個圖形單元組成周期性結構，由這些不同的金屬圖形結構引起電場和磁場在一定頻率范圍內的諧振，當電磁波穿過這種材料構成的介質時，就會表現出與傳統介質完全不同的性質。它的主要特征就是介質的兩個宏觀電磁常數即介電常數和磁導率同時為負，但是仍然遵守Maxwell方程組，而傳統介質的介電常數和磁導率都是正的。因為在介質中傳播的電磁波的特征是由介電常數和磁導率共同決定的，于是與常規介質不同，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而不是右手螺旋關系，因此得名左手材料。1968年前蘇聯的科學家Veselago最初對左手材料在理論上做了研究，獲知左手材料會呈現出許多新穎的特性，如反常Doppler效應、反常Cherenkov效應、負折射現象等。但是在接下來的30多年來，因為是工程和實驗室都沒有找到具有以上特性的材料，所以對左手材料的研究一直處于停滯狀態。直到1996年英國的皇家科學院院士J.B.Pendry受到等離子體的啟發，把金屬絲（Rods）均勻排列，電磁波射入金屬絲陣列，當波長和電場極化方向滿足一定條件時，該金屬陣列就可以等效為等離子體，得到負的介電常數；三年之后，他又利用開口的金屬諧振環（SRR,Split?ring?resonator），在特定入射波的條件下獲得了負的磁導率。2000年，美國的科學家D.R.Smith研究小組在Pendry等人研究的基礎上，將SRR和Rods合理地組合起來，首次得到了同時具有負的介電常數和磁導率的物質，從此以后，越來越多的人投身到左手材料的研究熱潮中，左手材料被“Science”雜志評為2003年度十大科技突破之一。在研究中，逐漸發現左手材料在光學、電磁學、聲學、電磁隱身、通信、醫學診斷成像等領域有重要的應用價值。目前，各國科研工作者所設計的左手材料都能在某個頻點或頻段上實現左手特性，并且已經設計出各種各樣的單元結構，其中包括螺旋環型結構（Pendry?J?B.A?chiral?route?to?negative?refraction[J].Science,2004,306(5700):1353-1355）、樹枝狀結構（Zhang?B?S?L?C?R,Xiao-Peng?Y?P?Z.Broadband?metamaterial?absorber?based?on?dendritic?structure[J].ActaPhysicaSinica,2010,5:042）、蘑菇型結構、雙S型結構、Z型結構等。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙頻段背向交叉耦合周期陣列左手材料及其制備方法。

所述雙頻段背向交叉耦合周期陣列左手材料設有至少3排微波介電材料基板，所述微波介電材料基板的一側雕刻至少3個三叉結構金屬線單元，所述三叉結構金屬線單元是由形狀如同字母E的金屬線狀材料組成；微波介電材料基板的另一側雕刻至少3個與三叉結構金屬線單元對稱的背向三叉結構金屬線單元，所述對稱的背向三叉結構金屬線單元和三叉結構金屬線單元的數目相同，三叉結構金屬線單元的中心與背向三叉結構金屬線單元的中心在同一水平高度，三叉結構金屬線單元之間的距離相同，背向三叉結構金屬線單元之間的距離相同。

所述微波介電材料基板的介電常數可為2.2～16，典型值為4.4±5%；厚度可為0.2～3mm，典型值為0.4±5%mm。

所述三叉結構金屬線與背向三叉結構金屬線單元的外側邊長a可為2.0～3.0mm，外底邊的長度b可為1.0～2.5mm，中心棒邊長c可為0.8～2.0mm，金屬線各邊的寬度w可為0.05～0.25mm，金屬線厚度可為0.01～0.03mm；其典型值為a=3.0±0.02mm，w=0.2±0.02mm，b=2.2±0.02mm，c=1.6±0.02mm，金屬線厚度=0.018mm±5%。

優化組合后可獲取左手材料不同電磁參數（等效介電常數ε和等效磁導率μ），在8～20GHz范圍內某兩個不同頻點上等效介電常數和等效磁導率同時為負。

所述雙頻段背向交叉耦合周期陣列左手材料的制備方法，包括以下步驟：