一種人工電磁材料制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種人工電磁材料，包括至少一個人工電磁材料片層，每個人工電磁材料片層包括兩塊相對的基板和附著在兩塊基板之間的至少一個人造微結(jié)構(gòu)，每個人造微結(jié)構(gòu)包括第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，第一人造微結(jié)構(gòu)包括共交點(diǎn)的四個支路，任一支路的一端與交點(diǎn)相連，另一端為自由端，支路包括至少一個彎折部，任一支路以交點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心依次順時針旋轉(zhuǎn)90度、180度和270度后分別與其他三個支路重合；第二人造微結(jié)構(gòu)包括相互正交的工字形結(jié)構(gòu)，交點(diǎn)為工字形結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)，在工字形結(jié)構(gòu)的連接線上還成對設(shè)置有至少兩個關(guān)于交點(diǎn)對稱的線段。該材料在一定的頻段內(nèi)具有較高的介電常數(shù)且在另一頻段內(nèi)具有由零開始逐漸增大的介電常數(shù)分布，可以滿足特定場合的需要。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種人工電磁材料
本專利技術(shù)涉及一種新材料，更具體地說，涉及一種人工電磁材料。
技術(shù)介紹
人工電磁材料，俗稱超材料，是一種能夠?qū)﹄姶挪óa(chǎn)生響應(yīng)的新型人工合成材料，由基板和附著在基板上的人造微結(jié)構(gòu)組成。由于人造微結(jié)構(gòu)通常是由導(dǎo)電材料排布成的具有一定幾何圖案的結(jié)構(gòu)，因此能夠?qū)﹄姶挪óa(chǎn)生響應(yīng)，從而使人工電磁材料整體體現(xiàn)出不同于基板的電磁特性。介電常數(shù)是以絕緣材料為介質(zhì)與以真空為介質(zhì)制成同尺寸電容器的電容量之比值，其表示在單位電場中，單位體積內(nèi)積蓄的靜電能量的大小。介電常數(shù)表征電介質(zhì)極化并儲存電荷的能力。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中，電場的強(qiáng)度會在電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。在高介電常數(shù)材料中，電磁波波長很短，可以大大縮小射頻及微波器件的尺寸。現(xiàn)有的材料絕大多數(shù)介電常數(shù)的變化范圍都很小。現(xiàn)有的人工電磁材料通常采用工字形的人造微結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的人工電磁材料其介電常數(shù)分布通常在關(guān)注的頻率段內(nèi)只產(chǎn)生一次諧振，圖1為具有工字形人造微結(jié)構(gòu)的人工電磁材料其介電常數(shù)的仿真結(jié)果，可以看出它的介電常數(shù)變化范圍比較小，且通常都是從一個比較大的值開始變化，在低損耗的情況下介電常數(shù)通常大于10。在某些應(yīng)用場合，比如大規(guī)模集成電路以及天線制造中，需要從零開始變化的介電常數(shù)，普通材料一般都不滿足。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種人工電磁材料，該材料在一定的頻段內(nèi)具有較高的介電常數(shù)且在另一頻段內(nèi)具有由零開始逐漸增大的介電常數(shù)分布。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種人工電磁材料，包括至少一個人工電磁材料片層，每個人工電磁材料片層包括兩塊相對的基板和附著在所述兩塊基板之間的至少一個人造微結(jié)構(gòu)，每個人造微結(jié)構(gòu)包括第一人造微結(jié)構(gòu)1和第二人造微結(jié)構(gòu)2，所述第一人造微結(jié)構(gòu)1包括共交點(diǎn)的四個支路，任一所述支路的一端與所述交點(diǎn)相連，另一端為自由端，所述支路包括至少一個彎折部，任一所述支路以所述交點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心依次順時針旋轉(zhuǎn)90度、180度和270度后分別與其他三個支路重合；所述第二人造微結(jié)構(gòu)2包括相互正交的工字形結(jié)構(gòu)，交點(diǎn)為工字形結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)，工字形結(jié)構(gòu)包括兩相互平行的線段和連接兩平行線段的連接線，在工字形結(jié)構(gòu)的連接線上還成對設(shè)置有至少兩個關(guān)于交點(diǎn)對稱的線段；所述第一人造微結(jié)構(gòu)的彎折部彎折為圓角或尖角。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式中，所述第一人造微結(jié)構(gòu)的彎折部彎折為直角。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式中，所述第一人造微結(jié)構(gòu)的彎折部彎折為圓角。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式中，所述第一人造微結(jié)構(gòu)的彎折部彎折為尖角。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式中，所述第一人造微結(jié)構(gòu)的任一支路的自由端連接有一線段。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式中，所述第一人造微結(jié)構(gòu)的任一支路的自由端與所述線段的中點(diǎn)相連。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式中，所述人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻附著于所述基板上。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式中，所述基板為陶瓷材料。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式中，所述基板為高分子材料或者聚四氟乙烯。在本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式中，所述基板為鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。實施本專利技術(shù)所述一種人工電磁材料，具有以下有益效果：該材料在一定的頻段內(nèi)具有較高的介電常數(shù)且在另一頻段內(nèi)具有由零開始逐漸增大的介電常數(shù)分布，可以滿足特定場合的應(yīng)用。附圖說明下面將結(jié)合附圖及實施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明，附圖中：圖1是現(xiàn)有技術(shù)中人造微結(jié)構(gòu)為工字形結(jié)構(gòu)的人工電磁材料的介電常數(shù)特性曲線仿真示意圖；圖2是實施例所示的一個人工電磁材料片層的拆分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中一個人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是與圖3具有相同形狀但是不同尺寸的人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是當(dāng)人造微結(jié)構(gòu)為圖3時人工電磁材料的介電常數(shù)特性曲線仿真示意圖；圖6是當(dāng)人造微結(jié)構(gòu)為圖4時人工電磁材料的介電常數(shù)特性曲線仿真示意圖；圖7是人造微結(jié)構(gòu)中的第一人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是人造微結(jié)構(gòu)中的第二人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是第一人造微結(jié)構(gòu)的可能結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式實施例一本實施例提供一種新型人工電磁材料，包括一個人工電磁材料片層，當(dāng)然也可以包括兩個或者兩個以上的人工電磁材料片層，當(dāng)具有多個人工電磁材料片層時，這些人工電磁材料片層沿垂直于其表面的方向疊加，并通過機(jī)械連接、焊接或者粘合等方式組裝成一體。如圖2所示，每個人工電磁材料片層包括兩塊相對的基板和附著在所述兩塊基板之間的多個人造微結(jié)構(gòu)，每個人造微結(jié)構(gòu)包括第一人造微結(jié)構(gòu)1和第二人造微結(jié)構(gòu)2。第一人造微結(jié)構(gòu)1包括共交點(diǎn)的四個支路，任一所述支路的一端與所述交點(diǎn)相連，另一端為自由端，任一支路包括多個直角彎折部，支路的自由端連接有一線段，且自由端與線段的中點(diǎn)相連，任一所述支路以所述交點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心依次順時針旋轉(zhuǎn)90度、180度和270度后分別與其他三個支路重合；第二人造微結(jié)構(gòu)2包括相互正交的工字形結(jié)構(gòu)，交點(diǎn)為工字形結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)，在每個工字形結(jié)構(gòu)的連接線上還成對設(shè)置有四個關(guān)于交點(diǎn)對稱的線段。每個人工電磁材料片層的人造微結(jié)構(gòu)采用線寬為0.1毫米厚度為0.018毫米的銅線通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻等方式附著于一塊基板的表面，當(dāng)然也可以采用其他導(dǎo)電材料；相鄰基板通過機(jī)械連接、焊接或者粘合等方式組裝成一體。將該基板虛擬地劃分成多個完全相同的相互緊挨著的柱狀基板單元，設(shè)計基板單元的尺寸為8毫米×4毫米×0.4毫米，第一人造微結(jié)構(gòu)中各部分的尺寸如圖7分別是：a＝3.5毫米、b＝1.6毫米、c＝3.1毫米、d＝2.5毫米、e＝2.1毫米、f＝1毫米、g＝1.9毫米，其中a、b、c、d、e和f所標(biāo)注的線段中相鄰線段之間的線距是0.1毫米；第二人造微結(jié)構(gòu)中各部分的尺寸如圖8分別是：A＝3.5毫米、B＝1.5毫米、C＝1.3毫米、D＝1.4毫米，A、B和C標(biāo)注的三根線段中相鄰線段之間的線距為0.1毫米，第一人造微結(jié)構(gòu)1和第二人造微結(jié)構(gòu)2在基板上的排布如圖3所示。電磁波通過該人工電磁材料時對應(yīng)的介電常數(shù)特性仿真圖如圖5所示，由圖5中的實線可知，該材料在一定的頻段內(nèi)(1GHz～3GHz)具有較高的介電常數(shù)，而且其介電常數(shù)在一定的頻段內(nèi)(5.5GHz～7.5GHz)由零逐漸增加到121，由圖中對應(yīng)的虛線可知在上述頻段內(nèi)介電常數(shù)的虛部接近零，因此損耗較低，所以該材料適宜應(yīng)用在大規(guī)模集成電路以及天線制造等領(lǐng)域中。實施例二與實施例一的區(qū)別是：第二人造微結(jié)構(gòu)2尺寸變小了A＝2.2毫米、B＝0.8毫米、C＝0.6毫米、D＝1.4毫米，A、B和C標(biāo)注的三根線段相鄰線段之間的線距為0.1毫米，第一人造微結(jié)構(gòu)1和第二人造微結(jié)構(gòu)2在基板上的排布如圖4所示。電磁波通過該人工電磁材料時對應(yīng)的介電常數(shù)特性仿真圖如圖6所示，由圖6中的實線可知，該材料在一定的頻段內(nèi)(1GHz～3.2GHz)具有較高的介電常數(shù)，而且其介電常數(shù)在一定的頻段內(nèi)(5.7GHz～9.2GHz)由零逐漸增加到118，由圖中對應(yīng)的虛線可知在上述頻段內(nèi)介電常數(shù)的虛部接近零，因此損耗也較低。當(dāng)在其他頻段內(nèi)需要用到介電常數(shù)從零開始變化的特性時，可以通過改變基板單元的尺寸或者第一人造微結(jié)構(gòu)尺寸或者第二人造微結(jié)構(gòu)的尺寸來實現(xiàn)，減小尺寸諧振峰后移，尺寸變大諧振峰前移。上面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的實施例進(jìn)行了描述，但是本專利技術(shù)并不局限于上述的具體實施方式，上述本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種人工電磁材料，包括至少一個人工電磁材料片層，每個人工電磁材料片層包括兩塊相對的基板和附著在所述兩塊基板之間的至少一個人造微結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個人造微結(jié)構(gòu)包括第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，所述第一人造微結(jié)構(gòu)包括共交點(diǎn)的四個支路，任一所述支路的一端與所述交點(diǎn)相連，另一端為自由端，所述支路包括至少一個彎折部，任一所述支路以所述交點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心依次順時針旋轉(zhuǎn)90度、180度和270度后分別與其他三個支路重合；所述第二人造微結(jié)構(gòu)包括相互正交的工字形結(jié)構(gòu)，交點(diǎn)為工字形結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)，在工字形結(jié)構(gòu)的連接線上還成對設(shè)置有至少兩個關(guān)于交點(diǎn)對稱的線段。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種人工電磁材料，包括至少一個人工電磁材料片層，每個人工電磁材料片層包括兩塊相對的基板和附著在所述兩塊基板之間的至少一個人造微結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個人造微結(jié)構(gòu)包括第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，所述第一人造微結(jié)構(gòu)包括共交點(diǎn)的四個支路，任一所述支路的一端與所述交點(diǎn)相連，另一端為自由端，所述支路包括至少一個彎折部，任一所述支路以所述交點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心依次順時針旋轉(zhuǎn)90度、180度和270度后分別與其他三個支路重合；所述第二人造微結(jié)構(gòu)包括相互正交的工字形結(jié)構(gòu)，交點(diǎn)為工字形結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)，工字形結(jié)構(gòu)包括兩相互平行的線段和連接兩平行線段的連接線，在工字形結(jié)構(gòu)的連接線上還成對設(shè)置有至少兩個關(guān)于交點(diǎn)對稱的線段；所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉若鵬，欒琳，寇超鋒，葉金財，
申請(專利權(quán))人：深圳光啟高等理工研究院，深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：