专利名称：一种宽频低色散超材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种宽频低色散超材料。
背景技术：
材料的折射率随频率变化的特性即为色散，目前常用的超材料通常采用如图I所示的开口谐振环结构(SRR)。图6是对其做的仿真(折射率参数)，可以看出，对于0-5GHZ范围内入射电磁波其折射率是比较稳定的(低色散)，但是，在某些 领域(例如微波天线)，需要在更宽的频段内实现低色散特性，即更宽频段内的折射率的平稳变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有的超材料无法实现更宽频段内的低色散特性的缺陷，提供一种在更宽的频段内实现低色散特性的宽频低色散超材料。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种宽频低色散超材料，包括第一基板及附着在第一基板一侧表面上的多个人造微结构，所述人造微结构为由导电材料制成的丝线，所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线，所述第一主线两端向第二主线延伸形成两个第一支线，所述第二主线两端向第一主线延伸形成两个第二支线。进一步地，所述第一主线及第二主线相互垂直平分，所述第一主线与第二主线的长度相同。进一步地，所述两个第一支线相互平行，所述第一支线与第一主线所成的夹角为Θ i，所述两个第二支线相互平行，所述第二支线与第二主线所成的夹角为Θ 2，且有，θ 1= θ 2 ； Θ j 彡 90°。进一步地，所述第一支线与第一主线所成的夹角Q1及所述第二支线与第二主线所成的夹角θ2均为45度。进一步地，所述人造微结构各处的厚度相同，其厚度为H2,0. Olmm ^ H2 ^ O. 5mm ；所述人造微结构各处的线宽相同，其线宽为W,0. 08mm ^ W ^ O. 3mm ；所述两个第一支线长度相等，所述两个第二支线长度相等，所述第一支线的末端与第二主线平齐，所述第二支线的末端与第一主线平齐，所述第一支线与第二支线等长；所述第一支线的末端与第二主线的距离为Cl1,0. 08mm ^ d2 ^ O. 3mm ；所述第二支线的末端与第一主线的距离为d2，0. 08mm ^ d3 ^ O. 3mm ；并且,相邻两个人造微结构之间的间隔为WL,O. 08mm ^ WL ^ O. 3mm ；相邻两个人造微结构之间的距离为L, Imm ^ L ^ 30mm。进一步地，所述宽频低色散超材料还包括覆盖在多个人造微结构上的第二基板。进一步地，所述第一基板与第二基板厚度相同，其厚度为H1,0. Imm ^ H1 ^ 1mm。进一步地，所述第一基板与第二基板的介电常数相同，其介电常数取值范围为2. 5—2. 8 ο进一步地，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯制成。进一步地，所述人造微结构由铜线或者银线制成，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述第一基板上。进一步地，所述人造微结构由铟锡氧化物、碳纳米管或者石墨制成。本发明的超材料通过设计人造微结构的形状，能够使得该超材料在较宽频段提供较稳定的折射率，即具有宽频低色散的特性。该超材料可以广泛应用在平板天线的制造，例如平面卫星电视天线或者平面微波天线；另外通过该超材料的一定频段电磁波具有很小的损耗，可以用于天线罩，例如基站天线罩。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中 图I是现有技术的超材料的结构示意图；图2是本发明第一实施例的宽频低色散超材料的结构示意图(透视)；图3是图2所示的宽频低色散超材料去掉第二基板后的正视图；图4是单个人造微结构的结构示意图；图5是本发明第二实施例的宽频低色散超材料的结构示意图；图6是图I所示的现有技术的超材料的仿真示意图；图7是图2所示实施例的宽频低色散超材料的仿真示意图。
具体实施例方式如图2至图4所示，为本发明第一实施例的宽频低色散超材料，其包括第一基板
I、附着在第一基板I 一侧表面上的多个人造微结构3及覆盖在多个人造微结构3上的第二基板2。所述人造微结构3具有相互垂直平分的第一主线31及第二主线32，所述第一主线31与第二主线32的长度相同，所述第一主线31两端向第二主线32延伸形成两个第一支线Z1，所述第二主线32两端向第一主线31延伸形成两个第二支线Z2。图2为透视图，即假定第一基板与第二基板透明，人造微结构不透明。本实施例中，所述两个第一支线Zl相互平行，所述第一支线Zl与第一主线31所成的夹角为Θ i，所述两个第二支线Z2相互平行，所述第二支线Z2与第二主线32所成的夹角为Θ 2，且有，θ 1= Θ 2 ; Θ i 彡 90°。优选地，所述第一支线Zl与第一主线31所成的夹角Θ i及所述第二支线Z2与第二支线32所成的夹角θ2均为45度。即第一支线Zl与第二支线Ζ2相互垂直。本实施例中，如图3及图4所示，所述人造微结构各处的厚度相同，其厚度为H2,
O.Olmm < H2 < O. 5mm ;所述人造微结构各处的线宽相同，其线宽为W,0. 08mm ^ W ^ O. 3mm ；所述两个第一支线长度相等，所述两个第二支线长度相等，所述第一支线的末端与第二主线平齐，所述第二支线的末端与第一主线平齐，所述第一支线与第二支线等长；所述第一支线的末端与第二主线的距离为Cl1,0. 08mm ^ d2 ^ O. 3mm ；所述第二支线的末端与第一主线的距离为d2，0. 08mm ^ d3 ^ O. 3mm ；
并且，相邻两个人造微结构之间的间隔为WL，0. 08mm彡WL彡O. 3mm ;如图3所示，WL即为相邻两个人造微结构的相对的两个第一支线的距离，也即相邻两个人造微结构的相对的两个第二支线的距离。相邻两个人造微结构之间的距离为L，Imm彡L彡30mm ;如图3所示，L即为相邻两个人造微结构的两个延伸方向相同的第一支线(或两个延伸方向相同的第二支线)之间的距离；也即相邻两个人造微结构中心点之间的距离。L的长度与入射电磁波有关，通常L的长度小于入射电磁波的波长，例如L可以是入射电磁波的十分之一，这样可以对入射电磁波产生连续的响应。本实施例中，所述人造微结构3为由导电材料制成的丝线。例如铜线、银线及其它金属线，采用金属材料制成的人造微结构，可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述第一基板I上。另外，人造微结构3还可以由其它非金属的导电材料制成，例如，铟锡氧化物、碳纳米管或者石墨等。
本发实施例中，所述第一基板I与第二基板2厚度相同，其厚度为H1,
O.Imm ^ H1 ^ 1mm。并且，所述第一基板I与第二基板2的介电常数相同，其介电常数取值范围为2. 5-2. 8。本实施例中，第一基板I及第二基板2可以由任意的介电材料制成，例如陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料。高分子材料，例如可以有F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯(PS)等。本实施例中，采用具有如下参数的超材料进行仿真，相邻两个人造微结构之间的距离L为2. 5mm ;人造微结构的厚度H2为O. 018mm ；人造微结构的线宽W为O. 15mm ；第一支线与第一主线所成的夹角为Θ I等于45度，第二支线与第二主线所成的夹角为θ2等于45度；第一支线的末端与第二主线的距离(12为O. 15mm，所述第二支线的末端与第一主线的距离d3为O. 15mm ；相邻两个人造微结构之间的间隔WL为O. 15mm ;第一基板与第二基板为介电常数为2. 7的PS塑料板，损耗正切为O. 0002。对具有上述参数的超材料进行仿真，即测试该超材料在不同频率下的折射率，得到折射率相对于频率的电磁响应曲线如图7所示。由图可知，所述超材料能在非常宽的一段频率上(O IOGHz)有很好的低色散性能。稳定的折射率可以为平板天线的制造创造极为有利的条件，同时，该超材料还具有很低的电磁损耗，可以应用在基站天线罩等领域。另外，如图5所示，本发明还提供了第二实施例的宽频低色散超材料，与第一实施例的区别在于，该实施例中，只有第一基板；其性能与第一实施例的宽频低色散超材料基本相同。上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种宽频低色散超材料，其特征在于，包括第一基板及附着在第一基板一侧表面上的多个人造微结构，所述人造微结构为由导电材料制成的丝线，所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线，所述第一主线两端向第二主线延伸形成两个第一支线，所述第二主线两端向第一主线延伸形成两个第二支线。
2.根据权利要求I所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一主线及第二主线相互垂直平分，所述第一主线与第二主线的长度相同。
3.根据权利要求2所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述两个第一支线相互平行，所述第一支线与第一主线所成的夹角为G1，所述两个第二支线相互平行，所述第二支线与第二主线所成的夹角为θ2，且有，θ Θ 2 ; Θ 丄≤ 90。。
4.根据权利要求3所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一支线与第一主线所成的夹角Q1及所述第二支线与第二主线所成的夹角θ2均为45度。
5.根据权利要求4所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述人造微结构各处的厚度相同，其厚度为H2,0. Olmm ^ H2 ^ O. 5mm ； 所述人造微结构各处的线宽相同，其线宽为W，O. 08mm ^ W ^ O. 3mm ； 所述两个第一支线长度相等，所述两个第二支线长度相等，所述第一支线的末端与第二主线平齐，所述第二支线的末端与第一主线平齐，所述第一支线与第二支线等长； 所述第一支线的末端与第二主线的距离为(I1,0. 08mm ^ d2 ^ O. 3mm ； 所述第二支线的末端与第一主线的距离为d2,0. 08mm ^ d3 O. 3mm ； 并且，相邻两个人造微结构之间的间隔为WL,O. 08mm ^ WL ^ O. 3mm ； 相邻两个人造微结构之间的距离为L, Imm ^ L ^ 30mm。
6.根据权利要求I所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述宽频低色散超材料还包括覆盖在多个人造微结构上的第二基板。
7.根据权利要求6所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一基板与第二基板厚度相同，其厚度为H1,0. Imm ^ H1 ^ 1mm。
8.根据权利要求7所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一基板与第二基板的介电常数相同，其介电常数取值范围为2. 5-2. 8。
9.根据权利要求8所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯制成。
10.根据权利要求I所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述人造微结构由铜线或者银线制成，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述第一基板上。
11.根据权利要求I所述的宽频低色散超材料，其特征在于，所述人造微结构由铟锡氧化物、碳纳米管或者石墨制成。
全文摘要
本发明涉及一种宽频低色散超材料，包括第一基板及附着在第一基板一侧表面上的多个人造微结构，所述人造微结构为由导电材料制成的丝线，所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线，所述第一主线两端向第二主线延伸形成两个第一支线，所述第二主线两端向第一主线延伸形成两个第二支线。根据本发明的宽频低色散超材料，能够在较宽频段提供较稳定的折射率，即具有宽频低色散的特性。
文档编号H01Q15/00GK102723607SQ20121017396
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者余铨强, 刘若鹏, 季春霖, 袁媛 申请人:深圳光启创新技术有限公司