专利名称：基于两层基板的小型化人工电磁材料及制备方法
技术领域：
本发明属于电磁材料技术领域，涉及一种电磁材料及其制备方法，特别涉及一种高频HF、甚高频VHF和特高频UHF频段的高度亚波长小型化人工电磁材料及其制备方法，可用于构造HF、VHF和UHF频段的具有负折射率特性的小型化人工电磁材料，改善HF、VHF和UHF频段的通讯系统或设备的性能。
背景技术：
人工电磁材料(Metamaterials)是指在自然界中本身并不存在或者没有发现，而是人们根据电磁学理论的计算所构造出来的，具有非常规电磁属性的人造媒质或材料，其典型代表有单负材料、左手材料和零折射率材料。
单负材料是等效介电常数e和等效磁导率U只有一个为负的一种新型人工电磁材料，其中包括等效介电常数为负，等效磁导率为正的电单负材料和效介电常数为正，等效磁导率为负的磁单负材料两种。由于电磁波在单负材料中的波矢是虚数，因而单负材料中只存在凋落场，电磁波不能通过，但是电磁波能够在负等效介电常数材料和负等效磁导率材料组成的双层结构中发生完全隧穿效应，因此通过组合负等效介电常数材料和负等效磁导率材料可以构造出性能较好的左手材料。左手材料是等效介电常数e和等效磁导率U同时为负的一种新型人工电磁材料，具有负折射率、倏逝波放大、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射等特性，这些独特的性质使其具有很大的应用潜力，可以实现平板聚焦，天线波束汇聚，完美透镜，超薄谐振腔，后向波天线等功能。近年来，人工电磁材料的发展十分迅速，尤其是在微波段和光学波段应用广泛，但是目前人工电磁材料在HF、VHF和UHF频段的应用却遇到了巨大阻碍。如今HF、VHF和UHF频段的设备已经涉及人们生活的各个领域，如远距离卫星通信，磁共振成像MRI，磁谐振无线能量传输，短波与超短波通讯，以及收音机和电视机等常见的日常设备，理论上若能将人工电磁材料运用于这些设备，其性能将会得到大幅改善。以上提到的这些应用的工作频率在3MHz至1000MHz，目前人们提出的人工电磁材料的单元结构尺寸一般在入/10，其中入指其工作波长，上述3MHz至1000MHz的频率换算为波长为IOOm至0. 3m,若按照常规设计的人工电磁材料单元，其单元结构尺寸约为IOm至0. 03m,尺寸太大，无法投入实际应用，所以设计HF、VHF和UHF频段且尺寸在\ /100以下高度亚波长小型化人工电磁材料具有较大的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于两层基板的小型化人工电磁材料及制备方法，使单元结构尺寸减小到X/100以下，以满足HF、VHF和UHF频段的高度亚波长实际应用要求。为实现上述目的，本发明给出如下三种技术方案
技术方案I基于两层基板的小型化人工电磁材料，包括N个结构单元，NS 2，每个结构单元设有两个介质基板层，其特征在于，第一介质基板层的一面蚀刻矩形折线，另一面为光面，即绝缘板；第二介质基板层的一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋中心连有圆形金属贴片，另一面蚀刻矩形折线；第一介质基板层的光面与第二介质基板层的螺旋面粘结为一体，形成一个折线一螺旋线一折线结构的整体基板，该整体基板的两端涂有金属层，金属层分别与第一介质基板层上的折线和第二介质基板层上的折线连接。基于两层基板的小型化人工电磁材料制备方法，包括如下步骤(I)选用厚度为0. Imm Imm,介电常数e r = 2. 6±0. 05,损耗角正切tan 3 =0.015的聚四氟乙烯单面PCB覆铜板，在其覆铜箔表面蚀刻矩形折线，得到一面为折线面另一面为光面的第一介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10_2L，矩形折线的竖线线宽Lwm=T. 7X 10气，线间距Swm=7. 7 X 10气，其中L和H分 别为覆铜板的长和宽；(2)选用厚度为0. Imm Imm,介电常数e r = 2. 6±0. 05,损耗角正切tan 3 =0.015的聚四氟乙烯双面PCB覆铜板，在其一个覆铜箔表面蚀刻平面螺旋线，在另一个覆铜箔表面蚀刻矩形折线，制得一面为螺旋面另一面为折线面的第二介质基板层；平面螺旋线的外轮廓长度Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=S. I X 10气，线间距为Swp=L 23X IO-2L,螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径！■为0. 5mm 5mm ;矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10气，矩形折线的竖线线宽Lwm=T. 7X10_3L，线间距Swm= . 7X10_3L，其中L、H分别为覆铜板的长和宽；(3)将第一介质基板层的光面与第二介质基板层的螺旋面紧密贴合，经绝缘粘结材料热压处理粘接为一体，形成折线一螺旋线一折线结构的整体基板；(4)在整体基板的两端涂10 U nTlmm厚的金属层，再将两端的金属层分别与该整体基板两面的折线连接，制得人工电磁材料结构单元；(5)重复步骤(I) (4)，得到N个结构单元，N彡2，将所有的结构单元以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列，通过绝缘粘结材料热压处理粘接，制得人工电磁材料块材。技术方案2基于两层基板的小型化人工电磁材料，包括N个结构单元，NS 2，每个结构单元设有两个介质基板层，其特征在于，第一介质基板层的一面蚀刻矩形折线，另一面为光面，即绝缘板；第二介质基板层的一面蚀刻矩形折线，另一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋中心连有圆形金属贴片；第一介质基板层的光面与第二介质基板层的折线面粘接为一体，形成一个折线一折线一螺旋线结构的整体基板，该整体基板的两端涂有金属层，该金属层分别与第一介质基板层上的矩形折线和第二介质基板层上的矩形折线连接。基于两层基板的小型化人工电磁材料制备方法，包括如下步骤I)选用厚度为0. Imm Imm,介电常数e r = 2. 6±0. 05,损耗角正切tan 3 =0.015的聚四氟乙烯单面PCB覆铜板，在其覆铜箔表面蚀刻矩形折线，制得一面为折线面另一面为光面的第一介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H ;矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10气，矩形折线的竖线线宽已=7. 7X 10气，线间距Swm=7. 7X 10_3L，其中L、H分别为覆铜板的长和宽；2)选用厚度为0. Imm Imm,介电常数e r = 2. 6±0. 05,损耗角正切tan 3 =0. 015的聚四氟乙烯双面PCB覆铜板，在其一个覆铜箔表面蚀刻矩形折线，在另一个覆铜箔表面蚀刻平面螺旋线，制得一面为折线面另一面为螺旋面的第二介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10气，矩形折线的竖线线宽Lwm=T. 7X10_3L，线间距Swm=7. 7X10_3L ;平面螺旋线的外轮廓长度Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=8. I X 10气，线间距为Swp=L 23X 10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r为0. 5mm 5mm,其中L、H分别为覆铜板的长和宽；3)将第一介质基板层的光面与第二介质基板层的折线面紧密贴合，经绝缘粘结材料热压处理粘接为一体，形成折线一折线一螺旋线结构的整体基板；4)在整体基板的两端涂10 U nTlmm厚的金属层，再将两端的金属层分别与该整体基板两面的折线连接，制得人工电磁材料结构单元；5)重复步骤I) 4)，得到N个结构单元，N彡2，将所有的结构单元以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列，通过绝缘粘结材料热压处理粘接，制得人工电磁材料块材。技术方案3基于两层基板的小型化人工电磁材料，包括N个结构单元，NS 2，每个结构单元设有两个介质基板层，其特征在于，第一介质基板层的一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋中心连有圆形金属贴片，另一面为光面，即绝缘板；第二介质基板层的一面蚀刻矩形折线，另一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋中心连有圆形金属贴片；第一介质基板层的光面与第二介质基板层的折线面粘接为一体，形成一个螺旋线折线螺旋线结构的整体基板，该整体基板的两端涂有金属层，金属层与第二介质基板层上的矩形折线连接。基于两层基板的小型化人工电磁材料制备方法，包括如下步骤(A)选用厚度为0. Imm 1_，介电常数％ = 2. 6±0. 05，损耗角正切tan S=0. 015的聚四氟乙烯单面PCB覆铜板，在其覆铜箔表面蚀刻平面螺旋线，制得一面为螺旋面另一面为光面的第一介质基板层；平面螺旋线的外轮廓长度Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=S. I X 10气，线间距为Swp=L 23X 10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r为0. 5mm 5mm,其中L、H分别为覆铜板的长和宽；(B)选用厚度为0. Imm Imm,介电常数e r = 2. 6±0. 05,损耗角正切tan 3 =0.015的聚四氟乙烯双面PCB覆铜板，在其一个覆铜箔表面蚀刻矩形折线，在另一个覆铜箔表面蚀刻平面螺旋线，制得一面为折线面另一面为螺旋面的第二介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10_2L，矩形折线的竖线线宽Lwm=7. 7X 10气，线间距Swm= . 7X 10气；平面螺旋线的外轮廓长度Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=8. 1X10_3L，线间距为Swp=L 23X10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r为0. 5mm 5mm,其中L、H分别为覆铜板的长和宽；(C)将第一介质基板层的光面与第二介质基板层的折线面紧密贴合，经绝缘粘结材料热压处理粘接为一体，形成螺旋线一折线一螺旋线结构的整体基板；
(D)在整体基板的两端涂10 U nTlmm厚的金属层，再将两端的金属层与该整体基板上的折线连接，制得人工电磁材料结构单元；
(E)重复步骤(A) (D)，得到N个结构单元，N彡2，将所有的结构单元以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列，通过绝缘粘结材料热压处理粘接，制得人工电磁材料块材。本发明具有如下优点本发明由于使用在两层基板的三个不同覆铜箔表面分别蚀刻矩形折线或平面螺旋线，可形成折线-螺旋线-折线结构、折线-折线-螺旋线结构、螺旋线-折线-螺旋线不同的整体基板结构；同时由于在整体基板的两端涂金属层，并与整体基板中的矩形折线连接，构成单元结构，实现了在HF、VHF和UHF频段的特定频段的负折射率特性；此外由于将两端的金属层分别与整体基板的折线连接，使得结构单元结构尺寸减小到X/100以下，克服了传统人工电磁材料在HF、VHF和UHF频段单元尺寸过大，无法投入实际应用的限制，其中X为工作波长。
图I为本发明第一实施例的单元结构示意图；图2为本发明第一实施例的制作流程图；图3为本发明第二实施例的单元结构示意图；图4为本发明第二实施例的制作流程图；图5为本发明第三实施例的单元结构示意图；图6为本发明第三实施例的制作流程图；图7为本发明的矩形折线示意图；图8为本发明的平面螺旋线示意图；图9为本发明第二实施例的等效介电常数特性图；图10为本发明第二实施例的等效磁导率特性图；图11为本发明第二实施例的等效媒质折射率特性图。具体实现方式实施例I参照图1，本发明基于两层基板的小型化人工电磁材料的结构单元包括两个介质基板层，其中第一介质基板层I的一面蚀刻折线，另一面为光面，即绝缘板；第二介质基板层2的一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋线中心连有圆形金属贴片4，另一面蚀刻矩形折线；第一介质基板层I的光面与第二介质基板层2的螺旋面粘结为一体，形成一个折线一螺旋线一折线结构的整体基板，该整体基板的两端涂有金属层3，整体基板一端所涂的金属层3与第一介质基板层I上的矩形折线的底端连接，整体基板另一端所涂的金属层3与第二介质基板层2上的矩形折线的顶端连接个单元，N > 2，以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列粘接，得到人工电磁材料块材。参照图2，本发明制作图I结构材料的方法，按如下步骤进行步骤I，选用厚度为0. 2mm，介电常数e ^ = 2. 6±0. 05，损耗角正切tan S =0.015的聚四氟乙烯单面PCB覆铜板，在其覆铜箔表面蚀刻如图7所示的矩形折线，制得一面为折线面另一面为光面的第一介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X10_2L，矩形折线的竖线线宽Lwm=7. 7X10_3L，线间距Swm= . 7X10_3L，其中L、H分别为覆铜板的长和宽，具体数值根据实际需要选取，本实例取L=H=20mm。步骤2，选用厚度为0. 2mm，介电常数e ^ = 2. 6±0. 05，损耗角正切tan S =0.015的聚四氟乙烯双面PCB覆铜板，在其一个覆铜箔表面蚀刻如图8所示的平面螺旋线，在另一个覆铜箔表面蚀刻如图7所示的矩形折线，制得一面为螺旋面另一面为折线面的第二介质基板层；平面螺旋线的外轮廓长度Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=S. 1X10_3L，线间距为Swp=L 23X10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r=0. 5mm ；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10_2L，矩形折线的竖线线宽Lwm=7. 7X10_3L，线间距Swm=7. 7X10_3L，其中L、H分别为覆铜板的长和宽，具体数值根据实际需要选取，本实例取L=H=20mm。步骤3，将第一介质基板层的光面与第二介质基板层的螺旋面紧密贴合，经绝缘粘结材料热压处理，使其粘接为一体，形成折线一螺旋线一折线结构的整体基板。步骤4，在整体基板的两端涂10 y m厚的金属层，整体基板一端所涂的金属层与第一介质基板上矩形折线的底端连接，整体基板另一端所涂的金属层与第二介质基板上矩形 折线的顶端连接，制得人工电磁材料结构单元。步骤5，重复步骤I 步骤4，得到N个结构单元，N彡2，将所有的结构单元以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列，并通过绝缘粘结材料热压，将这些结构单元进行粘接，制得人工电磁材料块材。实施例2参照图3，本发明基于两层基板的小型化人工电磁材料的结构单元包括两个介质基板层，其中第一介质基板层I的一面蚀刻矩形折线，另一面为光面，即绝缘板；第二介质基板层2的一面蚀刻矩形折线，另一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋线中心连有圆形金属贴片4 ;第一介质基板层I的光面与第二介质基板层2的折线面粘结为一体，形成一个折线-折线-螺旋线结构的整体基板，该整体基板的两端涂有金属层3，整体基板一端所涂的金属层3与第一介质基板层I上矩形折线的底端连接，整体基板另一端所涂的金属层3与第二介质基板层2上矩形折线的顶端连接个单元，N > 2，以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列粘接，得到人工电磁材料块材。参照图4，本发明制作图3结构材料的方法，按如下步骤进行步骤(I),选用厚度为0. Imm,介电常数e r = 2. 6±0. 05,损耗角正切tan 3 =
0.015的聚四氟乙烯单面PCB覆铜板，在其覆铜箔表面蚀刻如图7所示的矩形折线，制得一面为折线面另一面为光面的第一介质基板层；矩形折线的长L111=O. 99L，宽Hni=O. 99H，矩形折线的横线线宽L =l. 15 X IO-2L,矩形折线的竖线线宽L_=7. 7 X 10_3L，线间距S_=7. 7X10_3L，其中L、H分别为覆铜板的长度和宽度，具体数值根据实际需要选取，本实例取 L=H=26mm。步骤(2)，选用厚度为0. 1mm，介电常数e r = 2. 6±0. 05，损耗角正切tan S=0.015的聚四氟乙烯双面PCB覆铜板，在其一个覆铜箔表面蚀刻如图7所示的矩形折线，在另一个覆铜箔表面蚀刻如图8所示的平面螺旋线，制得一面为折线面另一面为螺旋面的第二介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X10_2L，矩形折线的竖线线宽Lwm=7. 7X10_3L，线间距Swm= . 7X IO^3L ;平面螺旋线的外轮廓长度Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=8. I X 10气，线间距为Swp=L 23X10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r=lmm，其中L、H分别为覆铜板的长度和宽度，具体数值根据实际需要选取，本实例取L=H=26mm。步骤(3)，将第一介质基板层的光面与第二介质基板层的折线面紧密贴合，经绝缘粘结材料热压处理，使其粘接为一体，形成折线一折线一螺旋线结构的整体基板。步骤(4)，在整体基板的两端涂17 厚的金属层，整体基板一端所涂的金属层与第一介质基板上的矩形折线的底端连接，整体基板另一端所涂的金属层与第二介质基板上的矩形折线的顶端连接，制得人工电磁材料结构单元。步骤(5)，重复步骤(I) 步骤(4)，得到N个结构单元，N彡2，将所有的结构单元以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列，并通过绝缘粘结材料热压，将这些结构单元进行粘接，制得人工电磁材料块材。实施例3参照图5，本发明基于两层基板的小型化人工电磁材料的结构单元包括两个介质基板层，其中第一介质基板层I的一面蚀刻螺旋线，该螺旋线中心连有圆形金属贴片4，另一面为光面，即绝缘板；第二介质基板层2的一面蚀刻矩形折线，另一面蚀刻螺旋线，螺旋线中心连有圆形金属贴片4，此螺旋线与第一介质基板层上的螺旋线对称放置；第一介质基板层I的光面与第二介质基板层2的折线面粘结为一体，形成一个螺旋线一折线一螺旋线结构的整体基板，该整体基板的两端涂有金属层3，整体基板两端所涂的金属层3分别与第二介质基板层2上的矩形折线的底端和顶端连接个单元，N > 2，以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列粘接，得到人工电磁材料块材。参照图6，本发明制作图5结构材料的方法，按如下步骤进行步骤A，选用厚度为1mm，介电常数e ^ = 2. 6±0. 05，损耗角正切tan S = 0.015的聚四氟乙烯单面PCB覆铜板，在其覆铜箔表面蚀如图8所示的平面螺旋线，制得一面为螺旋面另一面为光面的第一介质基板层；平面螺旋线的外轮廓边长Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=8. I X 10气，线间距为Swp=L 23X 10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r=5mm，其中L、H分别为覆铜板的长度和宽度，具体数值根据实际需要选取，本实例取L=H=40mm。步骤B，选用厚度为1mm，介电常数e ^ = 2. 6±0. 05，损耗角正切tan S = 0.015的聚四氟乙烯双面PCB覆铜板，在其一个覆铜箔表面蚀刻如图7所示的矩形折线，在另一个覆铜箔表面蚀刻如图8所示的平面螺旋线，此螺旋线与第一介质基板层上的螺旋线对称放置，制得一面为折线面另一面为螺旋面的第二介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10_2L，矩形折线的竖线线宽已=7. 7X 10气，线间距Swm=7. 7X 10气；平面螺旋线的外轮廓边长Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，线宽Lwp=S. 1X10_3L，线间距为Swp=L 23X10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r=5mm，其中L、H分别为覆铜板的长度和宽度，具体数值根据实际需要选取，本实例取L=H=40mm。步骤C，将第一介质基板层的光面与第二介质基板层的折线面紧密贴合，经绝缘粘结材料热压处理，使其粘接为一体，形成螺旋线折线螺旋线结构的整体基板。步骤D，在整体基板的两端涂Imm厚的金属层，整体基板两端所涂的金属层分别与第二介质基板上矩形折线的底端和顶端连接，制得人工电磁材料结构单元。步骤E，重复步骤A 步骤D，得到N个结构单元，N彡2，将所有的结构单元以单元、整体基板的长度为周期进行平行等距排列，并通过绝缘粘结材料热压，将这些结构单元进行粘接，制得人工电磁材料块材。本发明的实施效果可通过计算机数值仿真计算进一步说明为了得到严格正确的数值计算结果和尽量准确的电磁仿真结果，从而进一步证明基于两层基板的小型化人工电磁材料构造的可行性，本发明使用了基于有限元方法的电磁场仿真商业软件HFSS对所要构造的部分材料进行数值全波仿真，研究得出其中一种方案的等效介电常数、磁导率和折射率的特性。针对实施例2的结构的材料进行具体的计算机仿真，图9给出其等效介电常数的特性，图10给出其等效磁导率的特性，图11给出其等效媒质折射率的特性。从图9可以看出，在25MHz到113. 5MHz范围内，本发明可实现介电常数为负的特
性。 从图10可以看出，在27. 5MHz到35MHz范围内，本发明可实现磁导率为负的特性。从图11可以看出，在27. 5MHz到35MHz范围内，本发明可实现折射率为负的特性。
权利要求
1.一种基于两层基板的小型化人工电磁材料，包括N个结构单元，N ^ 2，每个结构单元设有两个介质基板层，其特征在于，第一介质基板层(I)的一面蚀刻矩形折线，另一面为光面，即绝缘板；第二介质基板层(2)的一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋中心连有圆形金属贴片(4)，另一面蚀刻矩形折线；第一介质基板层(I)的光面与第二介质基板层(2)的螺旋面粘结为一体，形成一个折线一螺旋线一折线结构的整体基板，该整体基板的两端涂有金属层(3)，金属层(3)分别与第一介质基板层(I)上的折线和第二介质基板层(2)上的折线连接。
2.一种基于两层基板的小型化人工电磁材料制备方法，包括如下步骤 (1)选用厚度为0.Imm Imm,介电常数e r = 2. 6±0. 05,损耗角正切tan 3 =0.015的聚四氟乙烯单面PCB覆铜板，在其覆铜箔表面蚀刻矩形折线，得到一面为折线面另一面为光面的第一介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10_2L，矩形折线的竖线线宽Lwm=T. 7X 10气，线间距Swm=7. 7 X 10气，其中L和H分别为覆铜板的长和宽； (2)选用厚度为0.Imm 1mm，介电常数e r = 2. 6±0. 05，损耗角正切tan S =.0.015的聚四氟乙烯双面PCB覆铜板，在其一个覆铜箔表面蚀刻平面螺旋线，在另一个覆铜箔表面蚀刻矩形折线，制得一面为螺旋面另一面为折线面的第二介质基板层；平面螺旋线的外轮廓长度Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=S. IX 10气，线间距为Swp=L 23X IO-2L,螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径！■为0. 5mm 5mm ;矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10气，矩形折线的竖线线宽Lwm=T. 7X10_3L，线间距Swm= . 7X10_3L，其中L、H分别为覆铜板的长和宽； (3)将第一介质基板层的光面与第二介质基板层的螺旋面紧密贴合，经绝缘粘结材料热压处理粘接为一体，形成折线-螺旋线折线结构的整体基板； (4)在整体基板的两端涂10u nTlmm厚的金属层，再将两端的金属层分别与该整体基板两面的折线连接，制得人工电磁材料结构单元； (5)重复步骤(I) (4)，得到N个结构单元，N彡2，将所有的结构单元以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列，通过绝缘粘结材料热压处理粘接，制得人工电磁材料块材。
3.一种基于两层基板的小型化人工电磁材料，包括N个结构单元，N ^ 2，每个结构单元设有两个介质基板层，其特征在于，第一介质基板层(I)的一面蚀刻矩形折线，另一面为光面，即绝缘板；第二介质基板层(2)的一面蚀刻矩形折线，另一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋中心连有圆形金属贴片(4);第一介质基板层(I)的光面与第二介质基板层(2)的折线面粘接为一体，形成一个折线一折线一螺旋线结构的整体基板，该整体基板的两端涂有金属层(3 )，该金属层(3 )分别与第一介质基板层(I)上的矩形折线和第二介质基板层(2 )上的矩形折线连接。
4.一种基于两层基板的小型化人工电磁材料制备方法，包括如下步骤 .1)选用厚度为0. Imm Imm,介电常数e r = 2. 6±0. 05,损耗角正切tan 3 =0.015的聚四氟乙烯单面PCB覆铜板，在其覆铜箔表面蚀刻矩形折线，制得一面为折线面另一面为光面的第一介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H ;矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10气，矩形折线的竖线线宽已=7. 7X 10气，线间距Swm=7. 7X 10_3L，其中L、H分别为覆铜板的长和宽； .2)选用厚度为0.Imm 1_，介电常数L = 2. 6±0. 05，损耗角正切tan S = 0.015的聚四氟乙烯双面PCB覆铜板，在其一个覆铜箔表面蚀刻矩形折线，在另一个覆铜箔表面蚀刻平面螺旋线，制得一面为折线面另一面为螺旋面的第二介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15 X 10_2L，矩形折线的竖线线宽Lwm=T. 7X10_3L，线间距Swm=7. 7X10_3L ;平面螺旋线的外轮廓长度Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=8. I X 10气，线间距为Swp=L 23X 10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r为0. 5mm 5mm,其中L、H分别为覆铜板的长和宽； .3)将第一介质基板层的光面与第二介质基板层的折线面紧密贴合，经绝缘粘结材料热压处理粘接为一体，形成折线一折线一螺旋线结构的整体基板； .4)在整体基板的两端涂10u nTl_厚的金属层，再将两端的金属层分别与该整体基板两面的折线连接，制得人工电磁材料结构单元； .5)重复步骤I) 4)，得到N个结构单元，N^ 2，将所有的结构单元以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列，通过绝缘粘结材料热压处理粘接，制得人工电磁材料块材。
5.一种基于两层基板的小型化人工电磁材料，包括N个结构单元，N ^ 2，每个结构单元设有两个介质基板层，其特征在于，第一介质基板层(I)的一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋中心连有圆形金属贴片(4)，另一面为光面，即绝缘板；第二介质基板层(2)的一面蚀刻矩形折线，另一面蚀刻平面螺旋线，该螺旋中心连有圆形金属贴片(4);第一介质基板层(I)的光面与第二介质基板层(2)的折线面粘接为一体，形成一个螺旋线一折线一螺旋线结构的整体基板，该整体基板的两端涂有金属层(3)，金属层(3)与第二介质基板层(2)上的矩形折线连接。
6.根据权利要求5所述的基于两层基板的小型化人工电磁材料，其特征在于第二介质基板层的螺旋线与第一介质基板层上的螺旋线对称放置。
7.一种基于两层基板的小型化人工电磁材料制备方法，包括如下步骤 (A)选用厚度为0.Imm Imm,介电常数e r = 2. 6±0. 05,损耗角正切tan 3 =0.015的聚四氟乙烯单面PCB覆铜板，在其覆铜箔表面蚀刻平面螺旋线，制得一面为螺旋面另一面为光面的第一介质基板层；平面螺旋线的外轮廓长度Lp = 0. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=8. I X 10气，线间距为Swp=L 23X 10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r为0. 5mm 5mm,其中L、H分别为覆铜板的长和宽； (B)选用厚度为0.Imm 1mm，介电常数e r = 2. 6±0. 05，损耗角正切tan S =.0.015的聚四氟乙烯双面PCB覆铜板，在其一个覆铜箔表面蚀刻矩形折线，在另一个覆铜箔表面蚀刻平面螺旋线，制得一面为折线面另一面为螺旋面的第二介质基板层；矩形折线的长Lm=O. 99L，宽Hm=O. 99H，矩形折线的横线线宽Lwm=L 15X 10气，矩形折线的竖线线宽Lwm=T. 7X10_3L，线间距Swm=7. 7X10_3L ;平面螺旋线的外轮廓长度Lp=O. 92L，外轮廓宽度Hp=O. 92H，匝数n=13，线宽Lwp=8. I X 10气，线间距为Swp=L 23X 10_2L，螺旋中心所连的圆形金属贴片的半径r为0. 5mm 5mm,其中L、H分别为覆铜板的长和宽； (C)将第一介质基板层的光面与第二介质基板层的折线面紧密贴合，经绝缘粘结材料热压处理粘接为一体，形成螺旋线一折线一螺旋线结构的整体基板； (D)在整体基板的两端涂10u nTlmm厚的金属层，再将两端的金属层与该整体基板上的折线连接，制得人工电磁材料结构单元； (E)重复步骤(A) (D)，得到N个结构单元，N彡2，将所有的结构单元以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列，通过绝缘粘结材料热压处理粘接，制得人工电磁材料块材。
全文摘要
本发明公开了一种基于两层基板的小型化人工电磁材料及制备方法，主要解决目前HF、VHF和UHF频段的人工电磁材料结构单元尺寸过大、频率过高、无法投入实际应用的问题。其实现步骤是首先，在两个单面或双面的PCB覆铜板上蚀刻矩形折线或平面螺旋线，将两个覆铜板粘接成一个整体基板，整体基板的两端涂金属层，将基板上的折线分别与两端所涂金属层连接，得到一个结构单元；然后，将相同的结构单元以单元整体基板的长度为周期进行平行等距排列粘接，得到人工电磁材料块材。本发明可在HF、VHF和UHF频段中实现单负媒质特性和负折射率特性，具有高度亚波长、小型化、频率低的优点，可用于改善HF、VHF和UHF频段的各类通讯电子系统的性能。
文档编号H01Q15/00GK102751584SQ201210192548
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者余世星, 刘海霞, 史琰, 周凯, 李龙, 翟会清, 范迎春 申请人:西安电子科技大学