专利名称：一种宽频带双通带异向介质传输线的制作方法
技术领域：
本发明涉及异向介质技术领域。
背景技术：
异向介质是20世纪90年代末期出现的一种新型周期结构的人工电磁媒质，它同时具有负值的介电常数和负值的磁导率，导致在该媒质中传播的电磁波的电场E，磁场H以及波矢量k三者构成左手系，而不是遵循常规媒质的右手法则，故而其又被称为异向介质。异向介质的概念雏形需要追溯到20世纪60年代，前苏联物理学家Veselago首次从理论上对它进行了研究，并且预言了异向介质具有一系列超常规的电磁特性，包括左手特性，负折射特性，逆多普勒效应，逆切伦科夫辐射效应等。由于自然界中并没有发现异向介质，所以异向介质理论在此后近三十年的时间里缺乏实验证实一直停留在理论的层面。2000年Smith基于Pendry的研究结果通过将细导线阵列与开口方环阵列合理布局，历史上第一次制造出了异向介质，这一突破性成果使得该领域的研究进入了实质性阶段。然而上述的异向介质因其结构复杂、带宽窄、损耗大以及体积大的问题使其距离实际应用有较大的差距。
基于这种状况，很多学者在新型异向介质设计方面展开研究。到目前为止已经有多种新型结构的异向介质被设计、制造出来，其中包括传输线结构异向介质，结构单元为Ω形的异向介质，开口方环结构的异向介质，结构单元为S型、双S形的异向介质，结构单元为螺旋型的异向介质，由CLSs和CLLs相交替构成的异向介质等。虽然异向介质的新型结构层出不穷，但是它们可以归纳为两大类一类是基于Smith教授的开口方环结构的改进或者衍生结构，另一类是基于传输线结构异向介质改进或衍生结构，尤其需要指出的是，传输线结构异向介质由于其更多地以一种具有异向介质电磁特性的传输线的形式被应用，因此其又被称为异向介质传输线。最初的异向介质的相对带宽很窄(约0.5％)，尺寸较大(约0.2个波长)，而且不宜于加工，经过持续的改良和衍生之后性能已经有了很大的改善。例如由陈抗生等学者在2005年提出的结构单元为双S形的左手介质，其工作频带从10～16GHz，相对带宽达到46％；Smith等人在2004年通过优化SRRs和细导线尺寸，设计出了单元损耗小于0.3dB的低损耗左手介质。然而遗憾的是这些结构单元在应用方面仍然存在较大的限制，因为为了能够激发出单元结构的负介电常数和负磁导率，这些单元结构对电场和磁场的方向都有严格的要求，导致这些异向介质单元只有在腔体结构的应用场合容易获得激发条件，而对于微波或毫米波平面电路器件的应用场合则不如异向介质传输线方便，然而这种单元结构的电尺寸比较大，有的甚至接近0.2个波长。传统的异向介质传输线和早期的异向介质在本质上是一致的。因为在传输线结构的等效电路中，通常能够得到串联的等效电感和并联的等效电容，它们其实代表了传输线的有效磁导率和有效介电常数，因此只要能用传输线实现负值的等效电感和负值的等效电容即可，而负的电感本质上就是电容，负的电容本质上就是电感，因此只要能在传输线的等效电路中实现串联的电容和并联的电感就可以实现左手传输线。但是要获得串联的等效电容和并联的等效电感并不容易，目前有些异向介质传输线为了获得它们甚至借助LTCC等昂贵的技术手段。
发明内容
为了解决现有的异向介质传输线电尺寸大、加工困难、成本高、带宽窄的问题，本发明提供了一种宽频带双通带异向介质传输线。
本发明的宽频带双通带异向介质传输线由至少一个异向介质单元构成，每个异向介质单元是由第一层介质板、第二层介质板和底层金属箔冲压在一起构成的；所述第一层介质板的上表面的中间沿Y方向刻蚀有一个金属条带，所述第一层介质板的上表面的中间沿X方向刻蚀有第一C形金属方环和第二C形金属方环，所述第一C形金属方环和所述第二C形金属方环以所述金属条带为对称轴对称设置，所述第一层介质板的下表面与第二层介质板的上表面相接触；所述第二层介质板的上表面的中间沿X方向刻蚀有第三C形金属方环和第四C形金属方环，所述第三C形金属方环位于所述第一C形金属方环的下方，且第三C形金属方环与第一C形金属方环的开口方向相反，所述第四C形金属方环位于所述第二C形金属方环的下方，且第四C形金属方环和第二C形金属方环的开口方向相反，所述第二层介质板的下表面与所述底层金属箔的上表面相接触；所述底层金属箔上设置有两个大小相同且相互连通的方形通孔，所述底层金属箔的两个方形通孔分别位于所述第三C形金属方环和第四C形金属方环的下方。当异向介质传输线由两个及两个以上异向介质单元构成时，多个异向介质单元沿金属条带的长度方向相互串联在一起，即多个异向介质单元沿Y方向相互串联在一起。
本发明在空间结构上实现了开口谐振环结构，底层金属箔为非理想接地结构，是光子带隙结构的一种发展形式。本发明可以通过传统的PCB加工工艺来实现，完全适合大批量低成本生产。本发明的异向介质传输线具有双通频带特性，单元体积小、加工容易、成本低廉，且带宽宽、损耗小，其在微波毫米波电路器件上具有良好的应用前景。
图1是本发明的异向介质单元侧面结构示意图，图2是本发明的异向介质单元立体结构示意图，图3是本发明的第一层介质板1的结构示意图，图4是本发明的第二层介质板2的结构示意图，图5是本发明的底层金属箔3的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一参见图1至图5，本具体实施方式
的宽频带双通带异向介质传输线由多个异向介质单元构成，每个异向介质单元是由第一层介质板1、第二层介质板2和底层金属箔3冲压在一起构成的，如图2所示；如图3所示，所述第一层介质板1的上表面的中间沿Y方向刻蚀有一个金属条带1-1，所述第一层介质板1的上表面的中间沿X方向刻蚀有第一C形金属方环1-3和第二C形金属方环1-2，所述第一C形金属方环1-3和所述第二C形金属方环1-2以所述金属条带1-1为对称轴对称设置，所述第一层介质板1的下表面与第二层介质板2的上表面相接触；如图4所示，所述第二层介质板2的上表面的中间沿X方向刻蚀有第三C形金属方环2-1和第四C形金属方环2-2，所述第三C形金属方环2-1位于所述第一C形金属方环1-3的下方，且第三C形金属方环2-1与第一C形金属方环1-3的开口方向相反，所述第四C形金属方环2-2位于所述第二C形金属方环1-2的下方，且第四C形金属方环2-2和第二C形金属方环1-2的开口方向相反，所述第二层介质板2的下表面与所述底层金属箔3的上表面相接触；如图5所示，所述底层金属箔3上设置有两个大小相同且相互连通的方形通孔，所述底层金属箔3的两个方形通孔分别位于所述第三C形金属方环2-1和第四C形金属方环2-2的下方；多个异向介质单元沿金属条带1-1的长度方向相互串联在一起，即多个异向介质单元沿Y方向相互串联在一起。所述金属条带1-1为铜金属条带；所述第一C形金属方环1-3、第二C形金属方环1-2、第三C形金属方环2-1和第四C形金属方环2-2都为铜金属方环。所述第一C形金属方环1-3、第二C形金属方环1-2、第三C形金属方环2-1和第四C形金属方环2-2的大小相同。所述第一层介质板1、第二层介质板2和底层金属箔3分别被XY平面所截成的三个截面为三个大小相同的正方形。
在本具体实施方式
中，所述第一层介质板1采用相对介电常数是10.2的RT-Duroid介质板；所述第二层介质板2采用相对介电常数是2.54的Teflon(铁氟龙)介质板；所有C形金属方环的带宽d1＝0.35～0.45mm、开口距离d2＝0.70～0.80mm、X方向上的长度d3＝3.10～3.20mm；所述第一层介质板1和第二层介质板2沿Z方向的厚度分别为0.585～0.685mm和0.49～0.59mm；如图5所示，所述底层金属箔3上相连通方形通孔的尺寸为d4＝0.2～0.3mm、d5＝2.45～2.55mm、d6＝1.15～1.25mm。本具体实施方式
的异向介质传输线具有两个通频带，其分别处于4.90～5.9GHz和6～10GHz，其相对带宽分别为18.3％和50％，在中心频率处其电尺寸为0.09。
具体实施方式
二本具体实施方式
与具体实施方式
一的不同点是如图3所示，所述第一C形金属方环1-3和第二C形金属方环1-2的开口背向所述金属条带1-1；如图4所示，所述第三C形金属方环2-1和第四C形金属方环2-2的开口相对。其他组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
权利要求
1.一种宽频带双通带异向介质传输线，其特征在于所述异向介质传输线由至少一个异向介质单元构成，每个异向介质单元是由第一层介质板(1)、第二层介质板(2)和底层金属箔(3)冲压在一起构成的；所述第一层介质板(1)的上表面的中间沿Y方向刻蚀有一个金属条带(1-1)，所述第一层介质板(1)的上表面的中间沿X方向刻蚀有第一C形金属方环(1-3)和第二C形金属方环(1-2)，所述第一C形金属方环(1-3)和所述第二C形金属方环(1-2)以所述金属条带(1-1)为对称轴对称设置，所述第一层介质板(1)的下表面与第二层介质板(2)的上表面相接触；所述第二层介质板(2)的上表面的中间沿X方向刻蚀有第三C形金属方环(2-1)和第四C形金属方环(2-2)，所述第三C形金属方环(2-1)位于所述第一C形金属方环(1-3)的下方，且第三C形金属方环(2-1)与第一C形金属方环(1-3)的开口方向相反，所述第四C形金属方环(2-2)位于所述第二C形金属方环(1-2)的下方，且第四C形金属方环(2-2)和第二C形金属方环(1-2)的开口方向相反，所述第二层介质板(2)的下表面与所述底层金属箔(3)的上表面相接触；所述底层金属箔(3)上设置有两个大小相同且相互连通的方形通孔，所述底层金属箔(3)的两个方形通孔分别位于所述第三C形金属方环(2-1)和第四C形金属方环(2-2)的下方。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带双通带异向介质传输线，其特征在于当异向介质传输线由两个及两个以上异向介质单元构成时，多个异向介质单元沿金属条带(1-1)的长度方向相互串联在一起。
3.根据权利要求1所述的一种宽频带双通带异向介质传输线，其特征在于所述金属条带(1-1)为铜金属条带。
4.根据权利要求1所述的一种宽频带双通带异向介质传输线，其特征在于所述第一C形金属方环(1-3)、第二C形金属方环(1-2)、第三C形金属方环(2-1)和第四C形金属方环(2-2)都为铜金属方环。
5.根据权利要求1所述的一种宽频带双通带异向介质传输线，其特征在于所述第一C形金属方环(1-3)、第二C形金属方环(1-2)、第三C形金属方环(2-1)和第四C形金属方环(2-2)的大小相同。
6.根据权利要求1所述的一种宽频带双通带异向介质传输线，其特征在于所述第一层介质板(1)、第二层介质板(2)和底层金属箔(3)分别被XY平面所截成的三个截面为三个大小相同的正方形。
7.根据权利要求1所述的一种宽频带双通带异向介质传输线，其特征在于所述第一C形金属方环(1-3)和第二C形金属方环(1-2)的开口背向所述金属条带(1-1)；所述第三C形金属方环(2-1)和第四C形金属方环(2-2)的开口相对。
全文摘要
一种宽频带双通带异向介质传输线，它涉及涉及异向介质技术领域，它解决了现有的异向介质传输线电尺寸大、加工困难、成本高、带宽窄的问题。本发明的异向介质传输线由多个异向介质单元串联构成，每个异向介质单元中第一层介质板(1)的上表面的中间沿Y方向刻蚀有一个金属条带(1－1)，第一C形金属方环(1－3)和第二C形金属方环(1－2)以金属条带(1－1)为对称轴对称设置；第二层介质板(2)的上表面的中间沿X方向刻蚀有第三C形金属方环(2－1)和第四C形金属方环(2－2)；底层金属箔(3)上设置有两个相同且相互连通的方形通孔。本发明的异向介质传输线具有双通频带特性，单元体积小、加工容易、成本低廉，且带宽宽、损耗小。
文档编号H01P3/00GK1851978SQ20061001004
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月17日 优先权日2006年5月17日
发明者吴群, 孟繁义, 武明峰, 傅佳辉, 王海龙, 金博识 申请人:哈尔滨工业大学