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一种宽频低色散超材料.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201210173878.6

申请日:

2012.05.30

公开号:

CN102723606B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||专利申请权的转移IPC(主分类):H01Q 15/00变更事项:申请人变更前权利人:深圳光启创新技术有限公司变更后权利人:深圳光启高等理工研究院变更事项:地址变更前权利人:518034 广东省深圳市福田区香梅路1061号中投国际商务中心A栋18B变更后权利人:518057 广东省深圳市南山区中区高新中一道9号软件大厦2楼登记生效日:20141029|||实质审查的生效IPC(主分类):H01Q 15/00申请日:20120530|||公开
IPC分类号: H01Q15/00 主分类号: H01Q15/00
申请人: 深圳光启高等理工研究院
发明人: 刘若鹏; 季春霖; 岳玉涛; 余铨强
地址: 518057 深圳市南山区中区高新中一道9号软件大厦2楼
优先权:
专利代理机构: 北京德恒律治知识产权代理有限公司 11409 代理人: 章社杲;孙征
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210173878.6

授权太阳城集团号:

102723606B|||||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.21|||2014.11.26|||2013.07.03|||2012.10.10

法律状态类型:

授权|||专利申请权、专利权的转移|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种宽频低色散超材料,包括第一基板及附着在第一基板一侧表面上的多个人造微结构,所述人造微结构为由导电材料制成的丝线,所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线,所述第一主线两端连接有两个第一支线,所述第二主线两端连接有两个第二支线,每一所述第一支线的两端向里弯折延伸出两个第一折线,每一所述第二支线的两端向里弯折延伸出两个第二折线。根据本发明的宽频低色散超材料,能够在较宽频段提供较稳定的折射率,即具有宽频低色散的特性。

权利要求书

权利要求书
1.  一种宽频低色散超材料,其特征在于,包括第一基板及附着在第一基板一侧表面上
的多个人造微结构,所述人造微结构为由导电材料制成的丝线,所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线,所述第一主线两端连接有两个第一支线,所述第二主线两端连接有两个第二支线,每一所述第一支线的两端向里弯折延伸出两个第一折线,每一所述第二支线的两端向里弯折延伸出两个第二折线。

2.  根据权利要求1所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述第一主线及第二主线相互垂直平分,所述第一主线与第二主线的长度相同,所述两个第一支线长度相同,所述第一主线两端连接在两个第一支线的中点上,所述两个第二支线长度相同,所述第二主线两端连接在两个第二支线的中点上,所述第一支线与第二支线的长度相等。

3.  根据权利要求2所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述第一折线与第一支线所成的夹角为θ1,所述第二折线与第二支线所成的夹角为θ2,且有,
θ1=θ2;θ1≤45°。

4.  根据权利要求3所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述第一折线与第一支线所成的夹角θ1及所述第二折线与第二支线所成的夹角θ2均为45度。

5.  根据权利要求4所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述人造微结构各处的厚度相同,其厚度为H2,0.01mm≤H2≤0.5mm;
所述人造微结构各处的线宽相同,其线宽为W,0.08mm≤W≤0.3mm;所述第一折线与第二折线的距离为d1,0.08mm≤d1≤0.3mm;所述第一折线的末端与第一主线平齐,所述第二折线的末端与第二主线平齐,所述第
一折线与第二折线等长;
所述第一折线的末端与第一主线的距离为d2,0.08mm≤d2≤0.3mm;所述第二折线的末端与第二主线的距离为d3,0.08mm≤d3≤0.3mm;并且,相邻两个人造微结构之间的间隔为WL,0.08mm≤WL≤0.3mm;相邻两个人造微结构之间的距离为L,1mm≤L≤30mm。

6.  根据权利要求1所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述宽频低色散超材料还包括覆盖在多个人造微结构上的第二基板。

7.  根据权利要求6所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述第一基板与第二基板厚度相同,其厚度为H1,0.1mm≤H1≤1mm。

8.  根据权利要求7所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述第一基板与第二基板的介电常数相同,其介电常数取值范围为2.5-2.8。

9.  根据权利要求8所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯制成。

10.  根据权利要求1所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述人造微结构由铜线或者银线制成,所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述第一基板上。

11.  根据权利要求1所述的宽频低色散超材料,其特征在于,所述人造微结构由铟锡氧化物、碳纳米管或者石墨制成。

说明书

说明书一种宽频低色散超材料
技术领域
[0001]本发明涉及超材料领域,更具体地说,涉及一种宽频低色散超材料。
背景技术
[0002]材料的折射率随频率变化的特性即为色散,目前常用的超材料通常采用如图1所示的开口谐振环结构(SRR)。图6是对其做的仿真(折射率参数),可以看出,对于0-5GHZ范围内入射电磁波其折射率是比较稳定的(低色散),但是,在某些领域(例如微波天线),需要在更宽的频段内实现低色散特性,即更宽频段内的折射率的平稳变化。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是,针对现有的超材料无法实现更宽频段内的低色散特性的缺陷,提供一种在更宽的频段内实现低色散特性的宽频低色散超材料。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种宽频低色散超材料,包括第一基板及附着在第一基板一侧表面上的多个人造微结构,所述人造微结构为由导电材料制成的丝线,所述人造微结构具有相交的第一主线及第二主线,所述第一主线两端连接有两个第一支线,所述第二主线两端连接有两个第二支线,每一所述第一支线的两端向里弯折延伸出两个第一折线,每一所述第二支线的两端向里弯折延伸出两个第二折线。
[0005] 进一步地,所述第一主线及第二主线相互垂直平分,所述第一主线与第二主线的长度相同,所述两个第一支线长度相同,所述第一主线两端连接在两个第一支线的中点上,所述两个第二支线长度相同,所述第二主线两端连接在两个第二支线的中点上,所述第一支线与第二支线的长度相等。
[0006] 进一步地,所述第一折线与第一支线所成的夹角为θ1,所述第二折线与第二支线所成的夹角为θ2,且有,
[0007]θ1=θ2;θ1≤45°。
[0008] 进一步地,所述第一折线与第一支线所成的夹角θ1及所述第二折线与第二支线所成的夹角θ2均为45度。
[0009]进一步地,所述人造微结构各处的厚度相同,其厚度为H2,0.01mm≤H2≤0.5mm;
[0010]所述人造微结构各处的线宽相同,其线宽为W,0.08mm≤W≤0.3mm;
[0011]所述第一折线与第二折线的距离为d1,0.08mm≤d1≤0.3mm;
[0012] 所述第一折线的末端与第一主线平齐,所述第二折线的末端与第二主线平齐,所述第一折线与第二折线等长;
[0013]所述第一折线的末端与第一主线的距离为d2,0.08mm≤d2≤0.3mm;[0014]所述第二折线的末端与第二主线的距离为d3,0.08mm≤d3≤0.3mm;[0015]并且,相邻两个人造微结构之间的间隔为WL,0.08mm≤WL≤0.3mm;[0016]相邻两个人造微结构之间的距离为L,1mm≤L≤30mm。
[0017]进一步地,所述宽频低色散超材料还包括覆盖在多个人造微结构上的第二基板。
[0018] 进一步地,所述第一基板与第二基板厚度相同,其厚度为H1,0.1mm≤H1≤1mm。
[0019] 进一步地,所述第一基板与第二基板的介电常数相同,其介电常数取值范围为
2.5-2.8。
[0020] 进一步地,所述第一基板及第二基板由陶瓷材料、F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯制成。
[0021] 进一步地,所述人造微结构由铜线或者银线制成,所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述第一基板上。
[0022] 进一步地,所述人造微结构由铟锡氧化物、碳纳米管或者石墨制成。
[0023]本发明的超材料通过设计人造微结构的形状,能够使得该超材料在较宽频段提供较稳定的折射率,即具有宽频低色散的特性。该超材料可以广泛应用在平板天线的制造,例如平面卫星电视天线或者平面微波天线;另外通过该超材料的一定频段电磁波具有很小的损耗,可以用于天线罩,例如基站天线罩。
附图说明
[0024] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
[0025] 图1是现有技术的超材料的结构示意图;
[0026] 图2是本发明第一实施例的宽频低色散超材料的结构示意图(透视);[0027] 图3是图2所示的宽频低色散超材料去掉第二基板后的正视图;[0028] 图4是单个人造微结构的结构示意图;
[0029] 图5是本发明第二实施例的宽频低色散超材料的结构示意图;
[0030] 图6是图1所示的现有技术的超材料的仿真示意图;
[0031] 图7是图2所示实施例的宽频低色散超材料的仿真示意图。
具体实施方式
[0032] 如图2至图4所示,为本发明第一实施例的宽频低色散超材料,其包括第一基板1、附着在第一基板1一侧表面上的多个人造微结构3及覆盖在多个人造微结构3上的第二基板2。所述人造微结构3具有相互垂直平分的第一主线31及第二主线32,所述第一主线31与第二主线32的长度相同,所述第一主线31两端连接有相同长度的两个第一支线Z1,所述第一主线31两端连接在两个第一支线Z1的中点上,所述第二主线32两端连接有相同长度的两个第二支线Z2,所述第二主线32两端连接在两个第二支线Z2的中点上,所述第一支线Z1与第二支线Z2的长度相等,每一所述第一支线Z1的两端向里弯折延伸出两个第一折线ZX1,每一所述第二支线Z2的两端向里弯折延伸出两个第二折线ZX2。
[0033] 图2为透视图,即假定第一基板与第二基板透明,人造微结构不透明。
[0034] 本实施例中,所述第一折线ZX1与第一支线Z1所成的夹角为θ1,所述第二折线
ZX2与第二支线Z2所成的夹角为θ2,且有,
[0035] θ1=θ2;θ1≤45°。
[0036] 优选地,所述第一折线ZX1与第一支线Z1所成的夹角θ1及所述第二折线ZX2与第二支线Z2所成的夹角θ2均为45度。即第一折线Z1与第二折线Z2平行。
[0037] 本实施例中,如图3及图4所示,所述人造微结构各处的厚度相同,其厚度为H2,
0.01mm≤H2≤0.5mm;
[0038]所述人造微结构各处的线宽相同,其线宽为W,0.08mm≤W≤0.3mm;
[0039]所述第一折线与第二折线的距离为d1,0.08mm≤d1≤0.3mm;
[0040] 所述第一折线的末端与第一主线平齐,所述第二折线的末端与第二主线平齐,所述第一折线与第二折线等长;
[0041]所述第一折线的末端与第一主线的距离为d2,0.08mm≤d2≤0.3mm;
[0042]所述第二折线的末端与第二主线的距离为d3,0.08mm≤d3≤0.3mm;
[0043] 并且,相邻两个人造微结构之间的间隔为WL,0.08mm≤WL≤0.3mm;如图3所示,WL即为相邻两个人造微结构的相对的两个第一支线的距离,也即相邻两个人造微结构的相对的两个第二支线的距离。
[0044]相邻两个人造微结构之间的距离为L,1mm≤L≤30mm;如图3所示,L即为相邻两个人造微结构的两个的第一支线(或两个第二支线)之间的距离;也即相邻两个人造微结构中心点之间的距离。L的长度与入射电磁波有关,通常L的长度小于入射电磁波的波长,例如L可以是入射电磁波的十分之一,这样可以对入射电磁波产生连续的响应。
[0045]本实施例中,所述人造微结构3为由导电材料制成的丝线。例如铜线、银线及其它金属线,采用金属材料制成的人造微结构,可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述第一基板1上。另外,人造微结构3还可以由其它非金属的导电材料制成,例如,铟锡氧化物、碳纳米管或者石墨等。
[0046]本发实施例中,所述第一基板1与第二基板2厚度相同,其厚度为H1,
0.1mm≤H1≤1mm。并且,所述第一基板1与第二基板2的介电常数相同,其介电常数取值范围为2.5-2.8。
[0047] 本实施例中,第一基板1及第二基板2可以由任意的介电材料制成,例如陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料。高分子材料,例如可以有F4B复合材料、FR-4复合材料或聚苯乙烯(PS)等。
[0048]本实施例中,采用具有如下参数的超材料进行仿真,
[0049]相邻两个人造微结构之间的距离L为2.5mm;
[0050]人造微结构的厚度H2为0.018mm;
[0051]人造微结构的线宽W为0.15mm;
[0052] 第一折线与第一支线所成的夹角为θ1等于45度,第二折线与第二支线所成的夹角为θ2等于45度;
[0053]第一折线与第二折线的距离d1为0.15mm;
[0054] 第一折线的末端与第一主线的距离d2为0.15mm,所述第二折线的末端与第二主线的距离d3为0.15mm;
[0055]相邻两个人造微结构之间的间隔WL为0.15mm;
[0056]第一基板与第二基板为介电常数为2.7的PS塑料板,损耗正切为0.0002。
[0057]对具有上述参数的超材料进行仿真,即测试该超材料在不同频率下的折射率,得到折射率相对于频率的电磁响应曲线如图7所示。由图可知,所述超材料能在非常宽的一段频率上(0~10GHz)有很好的低色散性能。稳定的折射率可以为平板天线的制造创造极为有利的条件,同时,该超材料还具有很低的电磁损耗,可以应用在基站天线罩等领域。
[0058]另外,如图5所示,本发明还提供了第二实施例的宽频低色散超材料,与第一实施例的区别在于,该实施例中,只有第一基板;其性能与第一实施例的宽频低色散超材料基本相同。
[0059]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。

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