一種具有寬頻高折射率和低色散特性的人工電磁材料的製作方法
2023-07-14 17:59:26 1
專利名稱：一種具有寬頻高折射率和低色散特性的人工電磁材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種人工電磁材料，更具體地說，涉及ー種具有寬頻高折射率和低色散特性的人工電磁材料。
背景技術：
人工電磁材料，俗稱超材料，是ー種能夠對電磁波產生響應的新型人工合成材料，由基板和附著在基板上的人造微結構組成。由於人造微結構通常是由導電材料排布成的具有一定幾何圖案的結構，因此能夠對電磁波產生響應，從而使超材料整體體現出不同於基板的電磁特性，例如介電常數e和磁導率ii不同，根據折射率公式n = #可知，折射率n也不同。現有的人工電磁材料，其人造微結構通常採用圖3中所示的ELC結構，包括兩個開ロ相對的開ロ環和連接兩個開ロ環的連接線，其折射率特性如圖4所示，由折射率特性曲線圖可知:在5GHz IOGHz之間折射率數值較小，且變化比較劇烈即色散特性比較高。所以很難滿足ー些特殊場合對寬頻高折射率和低色散特性的需求，比如半導體製造以及天線製造等領域。
發明內容
本發明要解決的技術問題在幹，針對現有技術的缺陷，提供ー種具有寬頻高折射率和低色散特性的人工電磁材料。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:ー種具有寬頻高折射率和低色散特性的人工電磁材料，包括至少ー個人工電磁材料片層，每個人工電磁材料片層包括兩塊相對的基板和附著在所述兩塊 基板之間的至少ー個風車形人造微結構。在本發明的優選實施方式中，所述風車形人造微結構包括共交點的四個支路，任一所述支路的一端與所述交點相連，另一端為自由端，任一所述支路以所述交點為圓心依次順時針旋轉90度、180度和270度後分別與其他三個支路重合，任一所述支路上沿順時針或者逆時針方向設置有一端與所述支路相連另一端為自由端的至少ー個線段。在本發明的優選實施方式中，相鄰基板之間通過組裝或者在相鄰基板之間填充可連接~■者的物質將兩者粘合固定在一起。在本發明的優選實施方式中，相鄰基板之間填充液態基板原料，其在固化後將相鄰基板粘合固定在一起。在本發明的優選實施方式中，所述人造微結構通過蝕刻、電鍍、鑽刻或者光刻附著於所述基板上。在本發明的優選實施方式中，所述人造微結構通過電子刻或者離子刻附著於所述基板上。在本發明的優選實施方式中，所述基板由FR-4、陶瓷或者聚四氟こ烯製成。在本發明的優選實施方式中，所述基板由鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料製成。
在本發明的優選實施方式中，所述人造微結構由導電材料製成。在本發明的優選實施方式中，所述人造微結構由銀、銅、IT0、石墨或者碳納米管制成。實施本發明的人工電磁材料，具有以下有益效果:這種結構的人工電磁材料在較寬的頻帶範圍內具有較高的折射率且折射率變化比較平穩，即具有較好的寬頻和低色散特性，可以滿足特殊場合的需求，比如半導體製造以及天線製造等領域，具有廣闊的應用前
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下面將結合附圖及實施例對本發明作進ー步說明，附圖中:圖1是本發明所述的人工電磁材料的一個片層的結構示意圖；圖2是由圖1所示的人工電磁材料片層堆疊形成的人工電磁材料的結構示意圖；圖3是現有技術中人造微結構為ELC結構的每個人工電磁材料片層的拆分結構示意圖；圖4是圖3所示的人工電磁材料的折射率特性曲線示意圖；圖5是實施例所示的ー個人工電磁材料片層的拆分結構示意圖；圖6是圖5中一個風車形人造微結構的結構示意圖；圖7是實施例所示的人工電磁材料的折射率特性曲線示意圖；圖8和圖9是人造微結構的可能結構。
具體實施例方式本實施例提供了ー種具有寬頻高折射率和低色散特性的人工電磁材料，包括ー個人工電磁材料片層1，如圖1所示，當然人工電磁材料也可以包括多於I個的人工電磁材料片層1，當人エ電磁材料片層I有多個時，各個人工電磁材料片層I沿垂直於片層表面的方向疊加，並通過機械連接、焊接或粘合的方式組裝成一體，如圖2所示。如圖5所示，人工電磁材料片層I包括兩個基板和位於兩塊基板之間的風車形人造微結構，該風車形人造微結構如圖6所示，包括共交點的四個支路，任一所述支路的一端與所述交點相連，另一端為自由端，任一所述支路以所述交點為圓心依次順時針旋轉90度、180度和270度後分別與其他三個支路重合，任一所述支路上沿順時針方向設置有一端與所述支路相連另一端為自由端的兩個相平行的線段，其中兩塊基板之間附著有2X3個人工電磁材料単元，每個單元的大小為2.5mmX 2.5mm、基板為FR-4，基板厚度為0.2mm、人造微結構採用線寬為0.4mm的銅線、線間距為0.1mm。通過仿真實驗該人工電磁材料對應的折射率特性如圖7所示，由圖7可知在非常寬的一段頻率上(0至15GHz)折射率非常平穩且大於6.3GHz。人造微結構通過蝕刻的方式附著在基板上，當然人造微結構也可以採用電鍍、鑽亥IJ、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在基板上。基板採用FR-4材料，當然也可以採用其他材料製成，比如陶瓷、聚四氟こ烯、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料製成。人造微結構採用銅線製成，當然也可以採用銀線、IT0、石墨或者碳納米管等導電材料製成。與現有技術中ELC結構的人工電磁材料的折射率相比可知，本發明提供的人工電磁材料具有更好的折射率特性，可以滿足特殊場合的需求，比如半導體製造以及天線製造等領域，具有廣闊的應用前景。上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗g和權利要求所保護的範圍情況下，還可做出很多變形，比如，人造微結構可以為圖8和圖9所示，各支路組合呈逆時針方向旋轉的風車型，各支路可以連接兩條或者兩條以上的線段；這些均屬於本發明的保護之內。
權利要求
1.一種具有寬頻高折射率和低色散特性的人工電磁材料，其特徵在於，包括至少ー個人工電磁材料片層，每個人工電磁材料片層包括兩塊相対的基板和附著在所述兩塊基板之間的至少ー個風車形人造微結構。
2.根據權利要求1所述的人工電磁材料，其特徵在於，所述風車形人造微結構包括共交點的四個支路，任一所述支路的一端與所述交點相連，另一端為自由端，任一所述支路以所述交點為圓心依次順時針旋轉90度、180度和270度後分別與其他三個支路重合，任一所述支路上沿順時針或者逆時針方向設置有一端與所述支路相連另一端為自由端的至少ー個線段。
3.根據權利要求2所述的人工電磁材料，其特徵在於，相鄰基板之間通過組裝或者在相鄰基板之間填充可連接二者的物質將兩者粘合固定在一起。
4.根據權利要求3所述的人工電磁材料，其特徵在於，相鄰基板之間填充液態基板原料，其在固化後將相鄰基板粘合固定在一起。
5.根據權利要求1所述的人工電磁材料，其特徵在於，所述人造微結構通過蝕刻、電鍍、鑽刻或者光刻附著於所述基板上。
6.根據權利要求1所述的人工電磁材料，其特徵在於，所述人造微結構通過電子刻或者離子刻附著於所述基板上。
7.根據權利要求1至6任一所述的人工電磁材料，其特徵在於，所述基板由FR-4、陶瓷或者聚四氟こ烯製成。
8.根據權利要求1至6任一所述的人工電磁材料，其特徵在於，所述基板由鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料製成。
9.根據權利要求1至6任一所述的人工電磁材料，其特徵在於，所述人造微結構由導電材料製成。
10.根據權利要求9所述的人工電磁材料，其特徵在於，所述人造微結構由銀、銅、ITO、石墨或者碳納米管制成。
全文摘要
本發明涉及一種具有寬頻高折射率和低色散特性的人工電磁材料，包括至少一個人工電磁材料片層，每個人工電磁材料片層包括兩塊相對的基板和附著在所述兩塊基板之間的至少一個風車形人造微結構。這種結構的人工電磁材料在較寬的頻帶範圍內具有較高的折射率且折射率變化比較平穩，可以滿足特殊場合的需求，比如半導體製造以及天線製造等領域，具有廣闊的應用前景。
文檔編號H01Q15/00GK103094696SQ201110336539
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者劉若鵬, 欒琳, 寇超鋒, 餘銓強 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創新技術有限公司