专利名称：一种人造微结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及超材料领域，特别是涉及一种人造微结构。
背景技术：
超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料；通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料由介质基板和设置在基板上的多个人造微结构单元组成，其中，每个人造微结构单元包含一个人造微结构；每个人造微结构大小一般小于1/10个波长，其对外加电场和/或磁场具有电响应和/或磁响应，从而具有表现出等效介电常数和/或等效磁导率。人造微结构的等效介电常数和等效磁导率由其拓扑结构和几何尺寸参数决定，可人为设计和控制。并且，人造微结构可以具有人为设计的各向异性的电磁参数。介电常数是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。介电常数具有复数形式，实数部分称为介电常数，虚数部分称为损耗因子，通常用损耗正切值(损耗因子与介电常数之比)来表示材料与微波的耦合能力，损耗正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强。如果有高介电常数的材料放在电场中，电场的强度会在电介质内有可观的下降，在高介电常数材料中，电磁波波长很短，可以大大缩小射频及微波器件的尺寸，现有的材料的介电常数都比较低，几乎没有材料的介电常数超过60。现有的超材料设计生产工艺中通常采用如图1所示的“工”字型人造微结构去改变空间中的介电常数分布，“工”字型人造微结构包括上横线11，下横线12和竖线13，采用工”字型人造微结构去改变空间中的介电常数分布通常很难保证在一段频率上折射率变化较小，即无色散的情况下在宽频率范围有比较大的折射率。现有技术中几乎没有超高介电常数并且介电常数较为平稳的材料。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种具有超大介电常数的人造微结构，为超大介电常数的超材料应用到工业中提供了可能性。—种人造微结构，该人造微结构包括上横线、下横线，其特征在于，该人造微结构还包括设置在上横线和下横线之间的迂回部分，其中迂回部分至少有两个反向相连的“ U ”型结构，且该迂回部分的两端分别与上横线(21)、下横线连接。—种超材料，该超材料包括基材和附着在基材上的人造微结构，其中人造微结构包括上横线、下横线，还包括设置在上横线和下横线之间的迂回部分，该迂回部分至少有两个反向相连的“ U ”型结构，且该迂回部分的两端分别与所述上横线、下横线连接。
本发明实施例中，通过对现有“工”字型人造微结构的设计改良，将竖线用迂回部分来代替，这种设计增加了上横线和下横线之间的金属线的长度，从而加大了人造微结构的介电常数，增强了折射率，利用本实施例中的人造微结构制成的超材料，可以突破天线和半导体工业等制造业的瓶颈，对微波器件的小型化产生不可估量的作用。
图1是现有技术中“工”字型人造微结构的示意图2是本发明实施例一中人造微结构的示意图3是本发明实施例二中人造微结构的示意图4是本发明实施例二 “U”型结构的示意图5是本发明实施例二中人造微结构的介电常数与电磁波频率的关系图6是本发明实施例二中人造微结构的折射率与电磁波频率的关系图7是本发明实施例三中超材料的示意图8是本发明实施例三中人造微结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图2，本发明实施例一种人造微结构的第一实施例包括:
人造微结构包括上横线21、下横线22，该人造微结构还包括设置在上横线21和下横线22之间的迂回部分23，其中迂回部分23至少有两个反向相连的“U ”型结构24，且该迂回部分23的两端分别与上横线21、下横线22连接；
在本实施例中，通过对现有“工”字型人造微结构的设计改良，将竖线用迂回部分来代替，这种设计增加了上横线和下横线之间的金属线的长度，从而加大了人造微结构的介电常数，增强了折射率，利用本实施例中的人造微结构制成的超材料，可以突破天线和半导体工业等制造业的瓶颈，对微波器件的小型化产生不可估量的作用。
请参阅图3至图5，本发明实施例一种人造微结构的第二实施例包括:
如图3所示，人造微结构包括上横线31、下横线32，该人造微结构还包括设置在上横线31和下横线32之间的迂回部分33，其中迂回部分33至少有两个反向相连的” U ”型结构34，且该迂回部分33的两端分别与上横线31、下横线32连接；
进一步的，请参阅图4，“ U ”型结构包括相互平行的第一侧线41和第二侧线42以及连接第一侧线和第二侧线一端的连接线43，连接线的长度均小于第一侧线41及第二侧线42的长度；
进一步的，迂回部分33包括多个依次反向相连的“ U ”型结构34，除第一个“ U ”型结构和最后一个“U”型结构外的“U”型结构中，第一侧线和第二侧线的长度均相等，相邻两个“ U ”型结构中的相邻侧线是重叠的，或者是共用一条侧线的；
进一步的，迂回部分33第一个“ U ”型结构和最后一个“ U ”型结构的第一侧线的长度均大于第二侧线，以便第一个“ U ”型结构的第一侧线和最后一个“ U ”型结构的第一侧线分别与上横线31、下横线32连接；
进一步的，“U”型结构的两侧长度根据实际需要可以设计成一侧长度大于另一侧长度；“ U”型结构的底部的长度大于两侧的长度；
进一步的，本实施例中的人造微结构由金属线制成，可以是铜线、银线或者金线等等，也可以是合金线，此处不做限制；如图5所示,横坐标表示电磁波频率,纵坐标表示本实施例中人造微结构的介电常数，实曲线表示介电常数随电磁波频率的变化而变化，虚曲线表示介电常数的损耗曲线，显然的，在电磁能频率在IGHz至2GHz的频率段，并且人造微结构的介电常数也非常平稳且远大于80，其中在2GHz处超过了 230，并且，损耗较小，在可接受的范围之内；而且，在IGHz至2GHz的频率段，人造微结构的折射率也很平稳，变化很小，且在2GHz处达到了 15左右，如图6所示,横坐标表示电磁波频率,纵坐标表示本实施例中人造微结构的折射率,实曲线表示折射率随电磁波频率的变化而变化，虚曲线表示折射率的损耗曲线；根据实际情况，也可以设计成在给定频段的电磁波的介电常数平稳且较大，此处对电磁波频段不做限制。在本实施例中，通过对现有“工”字型人造微结构的设计改良，将竖线用迂回部分来代替，这种设计增加了上横线和下横线之间的金属线的长度，从而加大了人造微结构的介电常数，增强了折射率，利用本实施例中的人造微结构制成的超材料，可以突破天线和半导体工业等制造业的瓶颈，对微波器件的小型化产生不可估量的作用。请参阅图7、图8，本发明实施例一种超材料的第三实施例包括:如图7所不，超材料包括基材71和附着在基材上的人造微结构72,如图8所不，人造微结构72包括上横线721、下横线722，还包括设置在上横线721和下横线722之间的迂回部分723，其中迂回部分723至少有两个反向相连的“ U ”型结构724，且该迂回部分723的两端分别与所述上横线721、下横线722连接；关于设置在基材71上的人造微结构72，参见第二实施例中做出的详细描述，此处不做赘述；在本实施例中，通过对现有“工”字型人造微结构的设计改良，将竖线用迂回部分来代替，这种设计增加了上横线和下横线之间的金属线的长度，从而加大了人造微结构的介电常数，增强了折射率，利用本实施例中的人造微结构制成的超材料，可以突破天线和半导体工业等制造业的瓶颈，对微波器件的小型化产生不可估量的作用。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
1.一种人造微结构，所述人造微结构包括上横线(21)、下横线(22)，其特征在于，所述人造微结构还包括设置在上横线(21)和下横线(22)之间的迂回部分(23)，所述迂回部分(23)至少有两个反向相连的“U”型结构(24)，且所述迂回部分(23)的两端分别与所述上横线(21)、下横线(22)连接。
2.根据权利要求1所述的人造微结构，其特征在于，所述“U”型结构(24)包括相互平行的第一侧线和第二侧线以及连接所述第一侧线和所述第二侧线一端的连接线。
3.根据权利要求1所述的人造微结构，其特征在于，所述迂回部分(23)包括多个依次反向相连的“U”型结构(24)，除第一个“U”型结构和最后一个“U”型结构外的“U”型结构其第一侧线和第二侧线的长度均相等。
4.根据权利要求2所述的人造微结构，其特征在于，所述迂回部分(23)第一个“U”型结构和最后一个“U”型结构的第一侧线的长度均大于第二侧线，以便第一个“U”型结构的第一侧线和最后一个“U”型结构的第一侧线分别与所述上横线(21)、下横线(22)连接。
5.根据权利要求2所述的人造微结构，其特征在于，所述“U”型结构的连接线的长度均小于所述第一侧线及第二侧线的长度。
6.根据权利要求1所述的人造微结构，其特征在于，所述人造微结构由金属线制成。
7.根据权利要求6所述的人造微结构，其特征在于，所述金属线为铜线、银线或金线。
8.根据权利要求6所述的人造微结构，其特征在于，所述金属线为合金线。
9.一种超材料，其特征在于，包括基材和附着在基材上的人造微结构，所述人造微结构包括上横线、下横线，还包括设置在上横线和下横线之间的迂回部分，所述迂回部分至少有两个反向相连的“U”型结构，且所述迂回部分的两端分别与所述上横线、下横线连接。
10.根据权利要求9所述的超材料，其特征在于，所述“U”型结构包括相互平行的第一侧线和第二侧线以及连接所述第一、第二侧边二者末端的连接线。
全文摘要
本发明提供了一种人造微结构，通过对现有“工”字型人造微结构的设计改良，将竖线用迂回部分来代替，迂回部分至少有两个反向连接的“U”型结构，且该迂回部分的两端分别与上横线和下横线连接，这种设计增加了上横线和下横线之间的金属线的长度，从而加大了人造微结构的介电常数，增强了折射率。本发明还涉及一种具有上述人造微结构的超材料，具有上述人造微结构的超材料可以突破天线和半导体工业等制造业的瓶颈，对微波器件的小型化产生不可估量的作用。
文档编号H01Q15/00GK103199347SQ20111011198
公开日2013年7月10日 申请日期2011年4月30日 优先权日2011年4月30日
发明者刘若鹏, 栾琳, 寇超峰 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司