CN104682007A - 透波超材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种透波超材料，其包括基材以及排布于基材表面多个人造微结构，每一人造微结构包括至少2个开口谐振环；每一人造微结构中至少一个开口谐振环的开口方向与其他开口谐振环的开口方向不一致。本发明通过具体设计人造微结构的形状，使得人造微结构对7-18G的电磁波具有良好的透波响应。在7-18GHZ内，本发明透波超材料的透波效果均能达到-1dB。
Description
技术领域
本发明涉及超材料技术领域，尤其涉及透波超材料。
背景技术
超材料是指具备一些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。利用超材料能任意设计材料的电磁参数，使得超材料具备诸如超高介电常数、负磁导率、吸收电磁波、偏折电磁波等电磁效应。超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，例如负折射，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。
现有的超材料功能比较单一，应用范围较窄。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种在7-18GHZ内均具有良好透波性能的透波超材料。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种透波超材料，其包括基材以及排布于基材表面多个人造微结构，每一人造微结构包括至少2个开口谐振环；每一人造微结构中至少一个开口谐振环的开口方向与其他开口谐振环的开口方向不一致。
进一步地，每一人造微结构的多个开口谐振环不同心且不相交，每一开口谐振环的开口方向与与其相邻的开口谐振的开口方向的角度差为90°。
进一步地，每一人造微结构的多个开口谐振环同心设置。
进一步地，每一开口谐振环的开口方向与与其相邻的开口谐振的开口方向的角度差为90°。
进一步地，所述基材材料为陶瓷材料。
进一步地，所述基材材料为高分子材料。
进一步地，所述高分子材料为PS材料、FR-4材料或F4B材料。
进一步地，所述人造微结构通过蚀刻排布于基材表面。
进一步地，所述人造微结构通过钻刻排布于基材表面。
进一步地，所述人造微结构通过离子刻排布于基材表面。
本发明通过具体设计人造微结构的形状，使得人造微结构对7-18G的电磁波具有良好的透波响应。在7-18GHZ内，本发明透波超材料的透波效果均能达到-1dB。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例中人造微结构的拓扑结构示意图；
图2为本发明另一较佳实施例中人造微结构的拓扑结构示意图。
具体实施方式
本发明透波超材料包括基材以及周期排布于基材上的多个人造微结构。每一人造微结构可对入射电磁波响应，多个人造微结构对入射电磁波的响应使得透波超材料整体能够对电磁波具有宏观的电磁响应，例如本发明的在7-18GHZ内透过电磁波。
由于透波超材料整体需要对电磁波具有宏观的电磁响应，这需要使得多个人造微结构对电磁波的响应连续。根据实验可知，当相邻的人造微结构的几何中心连线小于入射电磁波波长的1/4时，多个人造微结构即可对入射电磁波形成连续的电磁响应。
人造微结构可通过蚀刻、钻刻、电子刻或离子刻等方式排布于基材上。
基材可选取陶瓷材料或高分子材料，例如FR4、F4B、PS材料等。基材材料根据实际应用环境选取，例如当本发明透波超材料需要应用于高温环境时，则选取高温性能较好的陶瓷材料。
请参照图1，图1为本发明一较佳实施例中人造微结构的拓扑结构示意图。图1仅示出了本发明宽频吸波超材料中的单个人造微结构的拓扑结构。当将该单个人造微结构按照彼此几何中心距离小于入射电磁波波长1/4的排布规律排布于基材上时，则形成了本发明的透波超材料。
图1中，人造微结构包括四个开口谐振环，每个开口谐振环的半径均相等。四个开口谐振环的圆心连线构成正方形。四个开口谐振环的开口方向均不相同，相邻的开口谐振环的开口方向的角度差为90°。
本发明中使用开口谐振环作为人造微结构的基本结构，开口谐振环由于存在开口，开口本身构成电容，环形金属部构成电感，在电磁波的作用下存在LC谐振。将开口谐振环的开口朝向改变，即改变了入射电磁波在其上的电场分量和磁场分量从而改变其电磁响应。由于人造微结构存在多个开口不一致的开口谐振环从而使得人造微结构能在多个频点均具有谐振能力从而扩大了透波超材料的透波带宽。
图1示出了本发明一实施例中的最佳实施方式，可以想象地开口谐振环的个数，开口方向以及每一开口谐振环的半径大小均可根据需要调整。
请参照图2，图2为本发明另一较佳实施例中人造微结构的拓扑结构示意图。图2中，人造微结构依然包括四个开口谐振环，与图1不同的是，多个开口谐振环嵌套设置，即多个开口谐振环半径不同且共圆心设置。在图2中，多个开口谐振环的开口依然不一致，优选地，相邻开口谐振环的开口方向的角度差仍为90°。
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。
Claims (10)
1.一种透波超材料，其特征在于，包括基材以及排布于基材表面多个人造微结构，每一人造微结构包括至少2个开口谐振环；每一人造微结构中至少一个开口谐振环的开口方向与其他开口谐振环的开口方向不一致。
2.如权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，每一人造微结构的多个开口谐振环不同心且不相交，每一开口谐振环的开口方向与与其相邻的开口谐振的开口方向的角度差为90°。
3.如权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，每一人造微结构的多个开口谐振环同心设置。
4.如权利要求3所述的透波超材料，其特征在于，每一开口谐振环的开口方向与与其相邻的开口谐振的开口方向的角度差为90°。
5.如权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，所述基材材料为陶瓷材料。
6.如权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，所述基材材料为高分子材料。
7.如权利要求6所述的透波超材料，其特征在于，所述高分子材料为PS材料、FR-4材料或F4B材料。
8.如权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，所述人造微结构通过蚀刻排布于基材表面。
9.如权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，所述人造微结构通过钻刻排布于基材表面。
10.如权利要求1所述的透波超材料，其特征在于，所述人造微结构通过离子刻排布于基材表面。
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