环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构的制作方法

本实用新型属于超材料技术领域，尤其涉及一种环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构。

背景技术：

环偶极子不同于基本的偶极子，例如电偶极子和磁偶极子，它是源于沿着圆环子午线表面流动的电流，而其他的偶极子源于一对电荷或是环形电流。不幸的是，环偶极子谐振与电磁波的耦合非常薄弱，因此很难探测到这种响应。随着科学研究的不断发展，2007年Marinov等人提出环偶极子超材料结构，该结构具有更强的环偶极子响应，而多偶极子响应较弱。2010年，Zheludev等人首次利用微波实验证实了超材料中具有环偶极子响应。自此之后，基于环偶极子谐振的超材料研究得到迅速发展。许多研究表明这种环偶极子谐振具有很多重要的电磁应用，例如实现极化控制、旋光效应、传感特性、电磁感应透明效应等。特别是，由于电磁感应透明效应能够带来很多重要的应用，例如慢光、非线性光学等，因此有很多研究小组提出基于环偶极子谐振的电磁感应透明超材料结构。虽然近年来有研究小组提出基于环偶极子谐振的电磁感应透明超材料结构，但是这些结构大多存在损耗大、厚度大、加工制造繁琐和不便于集成等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决目前超材料的损耗大，加工制造繁琐和不便于集成的缺点问题，现提供一种结构简单、厚度薄、便于集成的环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构。

一种环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构，包括：

一介质基板，所述介质基板呈矩形；

一金属线组合单元，刻蚀于所述介质基板的表面，所述金属线组合单元包括两条第一金属线和一条第二金属线；

所述第二金属线的中心与所述介质基板的中心重合，所述第二金属线的长边与所述介质基板的长边方向的对称轴平行；

两条所述第一金属线分别对称设置于所述第二金属线的两端，且均与所述第二金属线垂直，所述第一金属线的上沿与所述第二金属线长边的上沿的之间的距离为1.025mm；

一谐振器单元，刻蚀于所述介质基板的表面，所述谐振器单元宽度方向的对称轴与所述介质基板的短边方向的对称轴重合，所述谐振器单元位于所述第二金属线的长边上沿的一侧，所述谐振器单元包括第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器和所述第二谐振器沿所述介质基板长度方向排列设置，所述第一谐振器与所述第二谐振器由宽度相同，长度不同的长方形结构旋转7次构成的螺旋结构。

优选的，所述介质基板的长度为16mm，宽度为7.2mm，介电常数为4.3，损耗角正切为0.01。

优选的，所述第一金属线的长度为4mm，宽度为1mm，第二金属线的长度为13.2mm，宽度为1mm。

优选的，所述第二谐振器的螺旋结构相对于所述第一谐振器以所述谐振器单元的中心为圆心旋转了180度。

优选的，所述环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构的厚度为0.5mm。

优选的，旋转7次构成的螺旋结构中的所述长方形结构的长边沿逆时针旋转方向的顺序，长度依次为1.65mm，1.2mm，2.8mm，1.9mm，3.5mm，2.6mm，3.5mm，旋转7次构成的螺旋结构中的所述长方形的宽度均相同，所述宽度为1mm。

优选的，所述谐振器单元底边与所述第二金属线的长边的上沿之间的距离为0.4mm。

优选的，所述第一谐振器与所述第二谐振器之间的间隙为0.3mm。

优选的，所述螺旋结构沿逆时针方向旋转。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。

本实用新型的有益效果在于，环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构通过合理排列两个谐振器，在平面超材料中实现了低损耗、高品质因数的环偶极子谐振。基于环偶极子谐振和电偶极子谐振之间的近场耦合作用，抑制超材料结构的远场辐射，提高其传输系数，进而实现环偶极子诱导的新型平面电磁感应透明超材料结构。具有结构简单、损耗低、厚度薄、加工制造方便、便于与现有的微波毫米波电路集成等优点。

附图说明

图1为本实用新型所述的环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构的一种实施例的结构示意图；

图2为螺旋谐振器的传输系数曲线图；

图3为螺旋谐振器在频率5.65GHz处的磁场分布示意图；

图4为超材料结构传输系数的仿真结果和测量结果的曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

如图1所示，一种环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构，包括：

一介质基板1，介质基板1呈矩形；

一金属线组合单元，刻蚀于介质基板1的表面，金属线组合单元包括两条第一金属线2和一条第二金属线3；

第二金属线3的中心与介质基板1的中心重合，第二金属线3的长边与介质基板1的长边方向的对称轴平行；

两条第一金属线2分别对称设置于第二金属线3的两端，且均与第二金属线3垂直，第一金属线2的上沿与第二金属线3长边的上沿的之间的距离d₂为1.025mm；

一谐振器单元，刻蚀于介质基板1的表面，谐振器单元宽度方向的对称轴与介质基板1的短边方向的对称轴重合，谐振器单元位于第二金属线3的长边上沿的一侧(即：谐振器单元靠近第一金属线2伸出第二金属线3的短边的一侧)，谐振器单元包括第一谐振器4和第二谐振器5，第一谐振器4和第二谐振器5沿介质基板1长度方向排列设置，第一谐振器4与第二谐振器5由宽度相同，长度不同的长方形结构旋转7次构成的螺旋结构(螺旋结构沿逆时针方向旋转)。

进一步地，介质基板1的长度a为16mm，宽度b为7.2mm，介电常数为4.3，损耗角正切为0.01。金属线组合单元、第一谐振器4、第二谐振器5和介质基板1的整个结构为单层金属表面。环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构的厚度为0.5mm。基于环偶极子谐振的低损耗电磁感应透明超材料结构是平面结构，只涉及单层金属表面，加工和使用方便。而且，介质基板1厚度超薄(约为0.009λ)，其中，λ表示波长(透明窗峰值频率所对应的波长)，加工使用方便，有利于与现有的微波毫米波电路集成。第一金属线2的长度l₂为4mm，第二金属线3的长度l₁为13.2mm，第一金属线2和第二金属线3的宽度相同均为1mm。谐振器单元底边与第二金属线3的长边的上沿之间的距离s₁为0.4mm。第一谐振器4与第二谐振器5之间的间隙d₁为0.3mm。

在优选的实施例中，第二谐振器5的螺旋结构相对于第一谐振器4以谐振器单元的中心为圆心旋转了180度(即：关于Y轴180度旋转对称)，如图1所示，第一谐振器4和第二谐振器5放置于第二金属线3长边的正中间。

在优选的实施例中，旋转7次构成的螺旋结构中的长方形结构的长边沿逆时针旋转方向的顺序，长度依次为l₅＝1.65mm，l₇＝1.2mm，l₄＝2.8mm，l₈＝1.9mm，l₃＝3.5mm，l₆＝2.6mm，l₃＝3.5mm。螺旋结构中的长方形的宽度均相同，宽度为1mm。

环偶极子诱导的平面电磁感应透明超材料结构中不仅环偶极子谐振和电偶极子谐振能够被同时激起，而且利用两种谐振模之间的近场耦合作用，可以抑制远场辐射，提高传输，模拟实现低损耗的电磁感应透明效应，因而，最终实现的超材料结构具有低损耗特性。当x极化电磁波入射时，两个谐振器在5.65GHz产生低损耗、高品质因数谐振，如图2所示。在该谐振处的磁场分布如图3所示。从图中可以看出，一个从头至尾的环形磁场分布在两个谐振器中，因此该谐振属于环偶极子谐振。当金属线被添加到具有环偶极子响应的超材料单元中，构成如图1所示的复合超材料单元时，基于环偶极子谐振(由两个螺旋谐振器诱导的)和电偶极子谐振(由金属线组合单元诱导的)之间电磁场的破坏性干涉，超材料的辐射损耗被大大抑制，传输被提高，因而一个低损耗的透明窗出现在5.65GHz，如图4所示。测量结果和仿真结果吻合较好，进一步证实了环偶极子诱导的电磁感应透明超材料设计的有效性。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。