专利名称：一种异形人工电磁材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人工电磁材料，更具体地说，涉及一种异形人工电磁材料。
背景技术：
人工电磁材料(Metamaterial),又称超材料,是一种新型人工合成材料，是由非金属材料制成的基材和附着在基材表面上或嵌入在基材内部的多个金属微结构构成的。金属微结构是组成一定几何图形的圆柱形或扁平状金属丝，例如组成圆环形、I形的金属丝等。每个金属微结构及其附着或占据的部分基材构成一个材料单元，整个超材料即是由数十万、百万甚至上亿的这样的单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的，每个晶格即相当于上述的金属微结构及基材构成的单元。
由于金属微结构的存在，每个上述材料单元整体具有一个等效的介电常数和磁导率，因此所有的单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；同时，对金属微结构设计不同的具体结构和形状，可改变其单元的介电常数和磁导率，进而改变整个超材料的响应特性。
现有技术的超材料，通常都是由一片片基材组合而成，每片基材通常为矩形或正方形片，其边缘平整，裁剪整齐。因此，在设计每个金属微结构时，通常将每个基材片划分成多个阵列排布的完全相同的小正方形块，每个小正方形块即为一个基材单兀，且基材单兀的边分别与基材片的长或宽平行，从而使基材被充分划分。
但是，在一些特殊的应用场合下，可能要求基材不是规整的矩形或正方形等方块材料，其表面可能凸凹不平，用正方形来划分基材，不能将表面的凸凹部分划分在内，则这一部分需要单独考虑和设计其人造微结构，增加了设计的难度。发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种便于设计、提高生产效率的异形人工电磁材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种异形人工电磁材料，包括基材和附着在基材上的多个人造微结构，所述人造微结构分布使得基材虚拟地划分为多个相同的基材单元后每个基材单元上附着有至少一个人造微结构，所述基材单元为多边形棱柱。
在本发明所述的异形人工电磁材料中，所述基材单元为正多边形棱柱。
在本发明所述的异形人工电磁材料中，所述基材单元为正立方体，且所述基材表面方向不平行于所述正立方体的任一条边。
在本发明所述的异形人工电磁材料中，所述基材单元为正六边形棱柱。
在本发明所述的异形人工电磁材料中，所述基材单元为正三棱柱。
在本发明所述的异形人工电磁材料中，所述人造微结构为旋转90度对称结构。
在本发明所述的异形人工电磁材料中，所述人造微结构为旋转60度对称结构。
在本发明所述的异形人工电磁材料中，所述人造微结构为旋转120度对称结构。
在本发明所述的异形人工电磁材料中，所述人造微结构为由铜线或银线构成的几何图案。
在本发明所述的异形人工电磁材料中，所述多边形棱柱的当量直径小于所述异形人工电磁材料将要响应的入射电磁波的波长的十分之一。
实施本发明的异形人工电磁材料，具有以下有益效果用多边形棱柱作为基材单元的形状来划分每个基材，使得基材被充分划分以便于设计和仿真的同时，最外层的一圈多边形棱柱外轮廓所连成的凸凹不平的曲面能够拟合非方块形的、表面粗糙或成锯齿形的异形人工电磁材料，又利于简化设计和仿真过程，缩短研发周期。
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1是现有技术的人工电磁材料的结构示意图2是本发明第一实施例的异形人工电磁材料的结构示意图3是本发明第二实施例的异形人工电磁材料的结构示意图4是图3所示异形人工电磁材料中的一个材料单元的结构示意图5是本发明第三实施例的异形人工电磁材料的结构示意图6是图5所示异形人工电磁材料中的一个材料单元的结构示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种表面形状不规则的人工电磁材料，也即异形人工电磁材料。由于在设计人工电磁材料的时候，需要预先设定材料单元的形状，然后将整个基板虚拟地划分为一个个与之形状相同的基材单元，设计每个基材单元上所附着的人造微结构的形状、尺寸，从而模拟仿真出这个·人造微结构及其附着的基材单元共同构成的一个材料单元的电磁响应特性，最后将所有的材料单元的特性拟合到具有所需要的特征为止，从而使整个材料最终达到特定的功能。
现有的划分方案通常都是采用立方体形基材单元，如图1所示，基材单元10沿立方体的三个相互垂直的边所对应的三个正交方向阵列。这样得到的基材I为立方体或矩形片状结构或块状结构，其表面平整。当基材表面粗糙，成锯齿状或凸凹不平时，这部分粗糙面则不能用与上述统一的基材单元来划分，需要设计另一划分方案，并单独仿真其电磁响应特性，再考虑其电磁参数对整体的材料特性和功能有何种影响。
显然，这样会延长设计周期，增加设计难度。本发明解决这个问题的发明点在于， 采用多边形棱柱来替代传统的立方体作为基材单元的形状。当然，多边形棱柱是包括立方体的，但是本文里适用于本发明的立方体仅指其阵列方向不平行于位于该阵列平面上的两条相互垂直的边时的立方体，如图2所示，人工电磁材料有两片基材1，且沿z方向堆叠到一起，每片基材I划分为完全相同的立方体基材单元10，这些基材单元10以y方向为行、X 方向为列阵列，且每两行基材单元10之间的间隙处也形成为一行同样大小、与之交错的立方体基材单元。在XY阵列平面上的一个基材单元阵列的每个基材单元10的边均与X方向或Y方向成45度或135度，而不是平行或垂直于X、Y方向，而基材表面的方向则是沿Χ、Υ、Z方向延伸的。
采用这样的基材单元10，可以用边缘的一圈基材单元10的表面尖角所连成的锯齿形表面来拟合所需要的异形人工电磁材料的粗糙表面，使得基材可以全部用同样的基材单元来划分，在设计人工电磁材料时无需另外设计和计算异形人工电磁材料的粗糙表面上的电磁响应特性，从而缩短设计周期。
由于本实施例的基材单元10为立方体形，可将人造微结构2设计为旋转90度对称结构，即以一垂直于该结构的轴为旋转轴，任意旋转90度后其结构与原结构重合，则该结构为旋转90度对称结构。采用这样的结构，可以使整个人工电磁材料，任意旋转90度都与原始方位的材料具有相同的电磁特性。
对于不同的粗糙表面形状，可以设计不同的多边形棱柱来拟合，以便尽可能精确地达到粗糙表面的凸凹效果。
例如，对于图3所示的基材形状，可以用图4所示的基材单元形状即正六棱柱来划分，使得基材可以完全用六棱柱划分而无冗余，且每个基材单元10上都设置有人造微结构 2。
同样，对于正六边形棱柱，为了实现六个方向上的电磁响应都相同，使基材可以任意方向放置而实现相同的电磁响应功能，其基材单元10上的人造微结构2优选为旋转60 度对称结构，即该结构以垂直于该人造微结构的一直线为旋转轴任意旋转60度后与原结构重合。
这样的人造微结构2有多种是实现形式，例如图4所示的六条相同的螺旋线构成的结构，也可以是图5、图6所示的雪花形对称结构。
当然，多边形棱柱除了立方体、正六边形棱柱还有很多种形状，例如还可以是正三棱柱，对应的人造微结构可以设计成旋转120度对称结构；基材单元除了正多边形棱柱，还可以是不规则多边形棱柱，只要是能确保相同的多边形棱柱能将基材划分完全而无空余部分不能得到划分，这样的多边形棱柱均可适用于本发明中。
需要说明的是，基材单元的尺寸是有限度的，传统的立方体形基材单元，其边长要小于将要响应的入射电磁波的波长，通常在其波长的十分之一以内。同样，本发明中采用多边形棱柱来替代传统形式的立方体，但其尺寸仍需要在有效范围内，即其当量直径必须小于将要响应的入射电磁波的波长，优选为小于此波长的十分之一。这里的当量直径，是指多边形棱柱的多边形的面积除以自身周长得到的值。
本发明的基材通常选用聚四氟乙烯、环氧树脂、陶瓷等材料，人造微结构为由铜线或银线构成的几何图案，这些铜线或银线通常是通过镀层后蚀刻的方法、当然也可以用其他工艺而附着到基材表面上的。
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
1.一种异形人工电磁材料，包括基材和附着在基材上的多个人造微结构，所述人造微结构分布使得基材虚拟地划分为多个相同的基材单元后每个基材单元上附着有至少一个人造微结构，其特征在于，所述基材单元为多边形棱柱。
2.根据权利要求1所述的异形人工电磁材料，其特征在于，所述基材单元为正多边形棱柱。
3.根据权利要求2所述的异形人工电磁材料，其特征在于，所述基材单元为正立方体，且所述基材表面方向不平行于所述正立方体的任一条边。
4.根据权利要求2所述的异形人工电磁材料，其特征在于，所述基材单元为正六边形棱柱。
5.根据权利要求2所述的异形人工电磁材料，其特征在于，所述基材单元为正三棱柱。
6.根据权利要求3所述的异形人工电磁材料，其特征在于，所述人造微结构为旋转90度对称结构。
7.根据权利要求4所述的异形人工电磁材料，其特征在于，所述人造微结构为旋转60度对称结构。
8.根据权利要求5所述的异形人工电磁材料，其特征在于，所述人造微结构为旋转120度对称结构。
9.根据权利要求1所述的异形人工电磁材料，其特征在于，所述人造微结构为由铜线或银线构成的几何图案。
10.根据权利要求1所述的异形人工电磁材料，其特征在于，所述多边形棱柱的当量直径小于所述异形人工电磁材料将要响应的入射电磁波的波长的十分之一。
全文摘要
本发明涉及一种异形人工电磁材料，包括基材和附着在基材上的多个人造微结构，所述人造微结构分布使得基材虚拟地划分为多个相同的基材单元后每个基材单元上附着有至少一个人造微结构，所述基材单元为多边形棱柱。用多边形棱柱作为基材单元的形状来划分每个基材，使得基材被充分划分以便于设计和仿真的同时，最外层的一圈多边形棱柱外轮廓所连成的凸凹不平的曲面能够拟合非方块形的、表面粗糙或成锯齿形的异形人工电磁材料，又利于简化设计和仿真过程，缩短研发周期。
文档编号H01Q15/00GK103036033SQ20111016387
公开日2013年4月10日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17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