[發(fā)明專(zhuān)利]一種連續(xù)十字全介質(zhì)超材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910356246.5
• 申請(qǐng)日: 2019-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110011062B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏曉勇;張凱樂(lè);靳立;王軍;龐靜;徐卓
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q15/00
• 分類(lèi)號(hào): H01Q15/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開(kāi)了一種連續(xù)十字全介質(zhì)超材料；該材料由若干個(gè)介質(zhì)諧振體單元陣列組成，每一個(gè)介質(zhì)諧振體單元為十字型介質(zhì)諧振體，且多個(gè)十字型介質(zhì)諧振體相互連接，進(jìn)而形成一種連續(xù)十字全介質(zhì)超材料。該連續(xù)介質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用連續(xù)介質(zhì)結(jié)構(gòu)等效了無(wú)限長(zhǎng)的電諧振和磁諧振腔，突破了周期性的限制；驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)拓展了左手超材料的左手通帶帶寬，使得帶寬不再斷裂，而是呈連續(xù)狀，使得整個(gè)材料使用起來(lái)更加平滑。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于人工電磁材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)十字全介質(zhì)超材料。

【背景技術(shù)】

新型人工電磁材料，又稱(chēng)電磁超材料，由于具有亞波長(zhǎng)的單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其對(duì)電磁波具有良好的調(diào)控特性，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。將超材料結(jié)構(gòu)單元按周期或非周期方式排布，可以有效地對(duì)反射波、透射波甚至是輻射場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

金屬結(jié)構(gòu)左手超材料大多構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有極高的各向異性。三維各向同性左手超材料的研制非常困難，對(duì)制作工藝的要求很高。并且隨著頻率的增加，制備所需幾何結(jié)構(gòu)的難度隨之增加，傳導(dǎo)電流的損耗也隨之增加，當(dāng)頻率大到一定程度，之前的設(shè)計(jì)就會(huì)失效。

而全介質(zhì)左手超材料是由多種介質(zhì)材料構(gòu)成的復(fù)合材料，復(fù)合材料中介質(zhì)結(jié)構(gòu)的不均勻度與介質(zhì)內(nèi)傳播的電磁波相比為亞波長(zhǎng)量級(jí)，滿足準(zhǔn)靜態(tài)有效媒質(zhì)理論。介質(zhì)材料通常包含具有高介電常數(shù)、低介電損耗的陶瓷材料和低介低損介質(zhì)材料。不同于金屬結(jié)構(gòu)中起主導(dǎo)作用的傳導(dǎo)電流，全介質(zhì)左手超材料電磁特性主要來(lái)源于高介陶瓷材料中的位移電流。

現(xiàn)有的左手材料設(shè)計(jì)普遍利用兩種諧振體來(lái)分別實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率，然而無(wú)論如何排布這兩種結(jié)構(gòu)迥異的諧振體，總會(huì)引起系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)性的下降，以至于材料具有各向異性。同時(shí)結(jié)構(gòu)單元的分裂使得各諧振單元的諧振峰會(huì)分立，這可能會(huì)破壞通帶內(nèi)材料性能的連續(xù)性，不利于帶寬拓展的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種連續(xù)十字全介質(zhì)超材料。該發(fā)明使用拼接方法使諧振條件突破了周期性的限制，有效的拓展了左手超材料的左手通帶帶寬。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種連續(xù)十字全介質(zhì)超材料，由若干個(gè)介質(zhì)諧振體單元按照矩形陣列組成，每一個(gè)介質(zhì)諧振體單元為十字型介質(zhì)諧振體；所述十字型介質(zhì)諧振體由四個(gè)諧振體組成，諧振體為長(zhǎng)方體，四個(gè)諧振體的一端均固定連接在中心點(diǎn)；一個(gè)介質(zhì)諧振體單元內(nèi)相鄰的諧振體相互垂直，相鄰的介質(zhì)諧振體單元共用一個(gè)諧振體；所有的介質(zhì)諧振體單元被包裹在基體內(nèi)。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：

優(yōu)選的，所述諧振體包括第一諧振體和第二諧振體，第一諧振體的長(zhǎng)度長(zhǎng)于第二諧振體的長(zhǎng)度；任意一個(gè)介質(zhì)諧振體單元內(nèi)的中心點(diǎn)為該諧振體單元內(nèi)的一個(gè)第一諧振體的端點(diǎn)，剩余的諧振體和中心點(diǎn)的三個(gè)側(cè)邊固定連接。

優(yōu)選的，第一諧振體和第二諧振體的寬度和厚度均相同。

優(yōu)選的，第二諧振體的長(zhǎng)度為第一諧振體的長(zhǎng)度與第一諧振體的寬度之差。

優(yōu)選的，第一諧振體的長(zhǎng)度范圍為9mm-13mm。

優(yōu)選的，第一諧振體的厚度和第二諧振體的厚度范圍均為1.5mm-3mm；第一諧振體的寬度和第二諧振體的寬度范圍均為1.5mm-3mm。

優(yōu)選的，諧振體的材料選用陶瓷材料。

優(yōu)選的，所述陶瓷材料的介電常數(shù)范圍為50-120，介電損耗為＜1％。

優(yōu)選的，基體選用光敏樹(shù)脂。

優(yōu)選的，基體由3D打印制成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：