一種立體超材料微結構及天線單元的製作方法
2023-06-10 07:05:06 2
一種立體超材料微結構及天線單元的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種立體超材料微結構及天線單元，所述立體超材料微結構包括介質層、第一微結構層和第二微結構層，所述第一微結構層和第二微結構層分別位於所述介質層的不同平面，所述第一微結構層和第二微結構層通過金屬化過孔電連接，所述金屬化過孔穿過所述介質層。本立體超材料微結構可以對任意方向的電磁波產生相應。
【專利說明】一種立體超材料微結構及天線單元
【【技術領域】】
[0001]本實用新型涉及天線領域，具體涉及一種立體超材料微結構及天線單元。
【【背景技術】】
[0002]超材料(metamaterial)是21世紀物理學領域出現的一個新的學術詞彙,近年來經常出現在各類科學文獻。超材料的三個重要特徵包括:
[0003](I)超材料通常是具有新奇人工結構的複合材料；
[0004](2)超材料具有超常的物理性質(這種性質往往是自然界的材料中所不具備的)；
[0005](3)超材料的性質往往不決定於構成材料的本徵性質，而主要決定於其中的人工結構。
[0006]超材料是一種以人造微結構為基本單元並以特定方式進行空間排布的材料，且該材料是一種具有特殊電磁效應的新型材料，其電磁效應的特徵是由其人造微結構的特徵所決定。現有的超材料通常包括基材及附著在基材上的人造微結構。通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可以突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料功能。
[0007]超材料的一種特性表現為對電磁波的調製現有的超材料微結構。而現有的超材料微結構往往只能對具有某一方向(平面法線方向)磁場分量的電磁波產生磁響應。
[0008]另外，現有的一些天線單元的軸比特性較差，不利於天線發送接收信號。
【
【發明內容】
】
[0009]本實用新型的其中一個目的，是為了提供了可以對多個方向或任意方向的電磁波產生響應的立體超材料微結構。
[0010]本實用新型的另一個目的，是為了提供一個軸比特性較好的天線單元，以提升天線單元接收發送信號的性能。
[0011]—種立體超材料微結構，包括介質層、第一微結構層和第二微結構層，所述第一微結構層和第二微結構層分別位於所述介質層的不同表面，所述第一微結構層和第二微結構層通過金屬化過孔電連接，所述金屬化過孔穿過所述介質層。
[0012]在一個實施例中，
[0013]所述第一微結構層包括相連的第一微結構稜和第二微結構稜，所述第二微結構層包括相連的第三微結構稜和第四微結構稜；
[0014]所述第一微結構稜的第一端通過第一金屬化過孔與第三微結構稜的第一端連接，所述第二微結構稜的第一端通過第二金屬化過孔與第四微結構稜的第一端連接，所述第一微結構稜的第二端與所述第二微結構稜的第二端連接，所述第三微結構稜的第二端與第四微結構稜的第二端連接。在一個實施例中，
[0015]包括第一開口諧振環和第二開口諧振環，所述介質層的形狀是立方體，所述第一微結構層和第二微結構層分別位於所述介質層的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面平行；
[0016]所述第一開口諧振環包括依次連接的第一諧振環第一邊、第一諧振環第二邊、第一諧振環第三邊、第一諧振環第四邊和第一諧振環第五邊，所述第一諧振環第一邊和第一諧振環第五邊屬於所述第一微結構層，第一諧振環第三邊屬於所述第二微結構層，所述第一諧振環第二邊和第一諧振環第四邊屬於所述金屬化過孔，所述第一諧振環第一邊與第一諧振環第五邊是所述第一開口諧振環的兩個開口邊；
[0017]所述第二開口諧振環包括依次連接的第二諧振環第一邊、第二諧振環第二邊、第二諧振環第三邊、第二諧振環第四邊和第二諧振環第五邊，所述第二諧振環第一邊和第二諧振環第五邊屬於所述第一微結構層，第二諧振環第三邊屬於所述第二微結構層，所述第二諧振環第二邊和第二諧振環第四邊屬於所述金屬化過孔，所述第二諧振環第一邊與第二諧振環第五邊是所述第一開口諧振環的兩個開口邊；
[0018]所述第一諧振環第三邊與第二諧振環第三邊電連接。
[0019]在一個實施例中，
[0020]所述第一諧振環第四邊與第二諧振環第四邊相垂直。
[0021]在一個實施例中，
[0022]所述第一開口諧振環和第二開口諧振環是矩形開口諧振環。
[0023]基於前述目的，本實用新型還提供了一種天線單元。
[0024]一種天線單元，包括天線接地層、天線介質層以及多個天線，還包括所述的立體超材料微結構，所述立體超材料微結構、多個天線設置在所述天線介質層的第一表面，所述立體超材料微結構位於所述多個天線之間，所述接地層設置在與所述天線介質層的與所述第一表面相對的第二表面。
[0025]在一個實施例中，
[0026]採用任一所述的立體超材料微結構。
[0027]在一個實施例中，
[0028]所述多個天線的個數是4個，4個天線位於一個矩形的四個角上，所述立體超材料微結構設置於所述矩形的中心。
[0029]在一個實施例中，
[0030]所述第一諧振環第三邊位於所述矩形的第一中線上，所述第二諧振環第三邊位於所述矩形的第二中線上。
[0031]在一個實施例中，
[0032]所述天線是圓極化天線。
[0033]本立體超材料微結構，不僅可以對多個方向或任意方向的電磁波產生響應，並且加工簡單；另外，通過在多個天線之間增加所述的立體超材料微結構，整個天線單元的軸比特性得到提升，尤其是在45°以上的軸比特性(大角度軸比特性)提升更為明顯。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0034]圖1是本實用新型一種實施例的立體超材料微結構結構示意圖；
[0035]圖2是本實用新型另一種實施例的立體超材料微結構結構示意圖；
[0036]圖3是本實用新型一種實施例的天線單元的結構示意圖；
[0037]圖4是本實用新型一種實施例的天線單元的45°方向圖的軸比曲線圖。
【【具體實施方式】】
[0038]以下對實用新型的較佳實施例作進一步詳細說明。
[0039]實施例1
[0040]如圖1所不,一種實施例的立體超材料微結構,包括介質層1、第一微結構稜21、第二微結構稜22、第三微結構稜23、第四微結構稜24、第一金屬化過孔25、第二金屬化過孔26。
[0041]其中，第一微結構稜21和第二微結構稜22構成第一微結構層,位於介質層I的第一表面11，第三微結構稜23和第四微結構稜24構成第二微結構層,位於介質層I的第二表面12，第一表面11和第二表面12相平行，第一微結構稜21的第一端通過穿過介質層I的第一金屬化過孔25與第三微結構稜23的第一端電連接，第二微結構稜22的第一端通過穿過介質層I的第二金屬化過孔26與第四微結構稜24的第一端電連接,第一微結構稜21、第二微結構稜22、第三微結構稜23、第四微結構稜24、第一金屬化過孔25和第二金屬化過孔26依次首位電連接，第一微結構稜21的第二端與第二微結構稜22的第二端連接，第三微結構稜23的第二端與第四微結構稜24的第二端連接，這六個部件可以分別位於一個立方體的第一稜、第二稜、第三稜、第四稜、第五稜和第六稜上。
[0042]第一微結構稜21和第二微結構稜22可以是在介質層I的第一表面11上形成的導電層，例如金屬或者導電油墨等，同樣，第三微結構稜23和第四微結構稜24可以是在介質層I的第二表面12上形成的導電層。第一金屬化過孔25和第二金屬化過孔26則可以是在介質層I的過孔上形成金屬導電柱。
[0043]本實施例的立體超材料微結構在X，y, z方向上的投影面積都不為零，即該結構可對任意方向的電磁波產生磁響應，並且容易加工。
[0044]實施例2
[0045]如圖2所示，一種實施例的立體超材料微結構，包括第一開口諧振環、第二開口諧振環、呈立方體形狀的介質層I。
[0046]所述第一開口諧振環包括依次連接的第一諧振環第一邊31、第一諧振環第二邊32、第一諧振環第三邊33、第一諧振環第四邊34和第一諧振環第五邊35，第一諧振環第一邊31和第一諧振環第五邊35屬於位於介質層I的第一表面11的第一微結構層，第一諧振環第三邊33位於介質層I的第二表面12，第一表面11與第二表面12相平行，第一諧振環第二邊32和第一諧振環第四邊34屬於金屬化過孔，該金屬化過孔穿過介質層1，第一諧振環第一邊31與第一諧振環第五邊35是所述第一開口諧振環的兩個開口邊；
[0047]所述第二開口諧振環包括依次連接的第二諧振環第一邊41、第二諧振環第二邊42、第二諧振環第三邊43、第二諧振環第四邊44和第二諧振環第五邊45，所述第二諧振環第一邊41和第二諧振環第五邊45屬於第一表面11的所述第一微結構層，第二諧振環第三邊43位於介質層I的第二表面12，所述第二諧振環第二邊和42第二諧振環第四邊44屬於所述金屬化過孔，所述第二諧振環第一邊41與第二諧振環第五邊45是所述第一開口諧振環的兩個開口邊；
[0048]第一諧振環第三邊33與第二諧振環第三邊43電連接，所兩者可以相垂直，第一開口諧振環和第二開口諧振環可以是矩形開口諧振環。
[0049]第一諧振環第一邊31、第一諧振環第五邊35、第二諧振環第一邊41和第二諧振環第五邊45可以是在第一表面11上形成的金屬層，第一諧振環第三邊33與第二諧振環第三邊43可以是在第二表面12形成的金屬層,第一金屬化過孔25和第二金屬化過孔26則可以是在介質層I的過孔上形成金屬導電柱。
[0050]實施例3
[0051]如圖3所示,一種實施例的天線單元,包括天線接地層91、天線介質層9、立體超材料微結構以及多個天線:第一天線5、第二天線6、第三天線7和第四天線8，四個天線設置在天線介質層9的第一表面，天線接地層91設置在所述天線介質層9的第二表面，所述第二表面與所述第一表面相對，4個天線位於一個矩形或者正方形的四個角上，所述立體超材料微結構設置於所述矩形的中心，所述第一諧振環第三邊位於所述矩形的第一中線上，所述第二諧振環第三邊位於所述矩形的第二中線上。這些天線可以是圓極化天線。
[0052]天線5可以是貼片天線，其具有饋電端51。
[0053]如圖4所示，對圖3的天線單元進行仿真的得到的軸比曲線圖(在方向圖的45° (即正方形的對角線位置)上的軸比圖)，其中，第一曲線LI表示圖3的天線單元在沒有加立體超材料微結構時的軸比曲線，第二曲線L2表示實施例3的天線單元的軸比曲線，從圖4可以看出，在45°至100°和-45°至-100°，天線單元的軸比明顯下降並且具有較低的軸比，因此，在實施例3的天線單元在較大角度上具有良好的軸比，本實施例2的立體超材料微結構非常適用於圓極化天線。
[0054]以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型由所提交的權利要求書確定的專利保護範圍。
【權利要求】
1.一種立體超材料微結構，其特徵是:包括介質層、第一微結構層和第二微結構層，所述第一微結構層和第二微結構層分別位於所述介質層的不同表面，所述第一微結構層和第二微結構層通過金屬化過孔電連接，所述金屬化過孔穿過所述介質層。
2.如權利要求1所述的立體超材料微結構，其特徵是: 所述第一微結構層包括相連的第一微結構稜和第二微結構稜，所述第二微結構層包括相連的第三微結構稜和第四微結構稜； 所述第一微結構稜的第一端通過第一金屬化過孔與第三微結構稜的第一端連接，所述第二微結構稜的第一端通過第二金屬化過孔與第四微結構稜的第一端連接，所述第一微結構稜的第二端與所述第二微結構稜的第二端連接，所述第三微結構稜的第二端與第四微結構稜的第二端連接。
3.如權利要求1所述的立體超材料微結構，其特徵是:包括第一開口諧振環和第二開口諧振環，所述介質層的形狀是立方體，所述第一微結構層和第二微結構層分別位於所述介質層的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面平行； 所述第一開口諧振環包括依次連接的第一諧振環第一邊、第一諧振環第二邊、第一諧振環第三邊、第一諧振環第四邊和第一諧振環第五邊，所述第一諧振環第一邊和第一諧振環第五邊屬於所述第一微結構層，第一諧振環第三邊屬於所述第二微結構層，所述第一諧振環第二邊和第一諧振環第四邊屬於所述金屬化過孔，所述第一諧振環第一邊與第一諧振環第五邊是所述第一開口諧振環的兩個開口邊； 所述第二開口諧振環包括依次連接的第二諧振環第一邊、第二諧振環第二邊、第二諧振環第三邊、第二諧振環第四邊和第二諧振環第五邊，所述第二諧振環第一邊和第二諧振環第五邊屬於所述第一微結構層，第二諧振環第三邊屬於所述第二微結構層，所述第二諧振環第二邊和第二諧振環第四邊屬於所述金屬化過孔，所述第二諧振環第一邊與第二諧振環第五邊是所述第一開口諧振環的兩個開口邊； 所述第一諧振環第三邊與第二諧振環第三邊電連接。
4.如權利要求3所述的立體超材料微結構，其特徵是:所述第一諧振環第四邊與第二諧振環第四邊相垂直。
5.如權利要求3所述的立體超材料微結構，其特徵是:所述第一開口諧振環和第二開口諧振環是矩形開口諧振環。
6.一種天線單元，包括天線接地層、天線介質層以及多個天線，其特徵是，還包括如權利要求I所述的立體超材料微結構，所述立體超材料微結構、多個天線設置在所述天線介質層的第一表面，所述立體超材料微結構位於所述多個天線之間，所述接地層設置在與所述天線介質層的與所述第一表面相對的第二表面。
7.如權利要求6所述的天線單元，其特徵是:採用如權利要求3-5任一所述的立體超材料微結構。
8.如權利要求7所述的天線單元,其特徵是:所述多個天線的個數是4個,4個天線位於一個矩形的四個角上，所述立體超材料微結構設置於所述矩形的中心。
9.如權利要求8所述的天線單元，其特徵是:所述的立體超材料微結構包括第一開口諧振環和第二開口諧振環，所述介質層的形狀是立方體，所述第一微結構層和第二微結構層分別位於所述介質層的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面平行； 所述第一開口諧振環包括依次連接的第一諧振環第一邊、第一諧振環第二邊、第一諧振環第三邊、第一諧振環第四邊和第一諧振環第五邊，所述第一諧振環第一邊和第一諧振環第五邊屬於所述第一微結構層，第一諧振環第三邊屬於所述第二微結構層，所述第一諧振環第二邊和第一諧振環第四邊屬於所述金屬化過孔，所述第一諧振環第一邊與第一諧振環第五邊是所述第一開口諧振環的兩個開口邊； 所述第二開口諧振環包括依次連接的第二諧振環第一邊、第二諧振環第二邊、第二諧振環第三邊、第二諧振環第四邊和第二諧振環第五邊，所述第二諧振環第一邊和第二諧振環第五邊屬於所述第一微結構層，第二諧振環第三邊屬於所述第二微結構層，所述第二諧振環第二邊和第二諧振環第四邊屬於所述金屬化過孔，所述第二諧振環第一邊與第二諧振環第五邊是所述第一開口諧振環的兩個開口邊； 所述第一諧振環第三邊與第二諧振環第三邊電連接； 所述第一諧振環第三邊位於所述矩形的第一中線上，所述第二諧振環第三邊位於所述矩形的第二中線上。
10.如權利要求6-9任一所述的天線單元，其特徵是:所述天線是圓極化天線。
【文檔編號】H01Q19/02GK204011736SQ201420356579
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】不公告發明人 申請人:深圳光啟高等理工研究院