一種人工電磁材料及使用該材料的濾波器制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種人工電磁材料，包括至少一個(gè)人工電磁材料片層，每個(gè)所述人工電磁材料片層包括基板和附著在所述基板上的金屬微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)包括一個(gè)實(shí)心主金屬片，圍繞所述實(shí)心主金屬片且在同一平面上分布有多個(gè)實(shí)心小金屬片，所述實(shí)心小金屬片與所述實(shí)心主金屬片不相連；本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)還提供了一種使用上述人工電磁材料的濾波器，該濾波器，包括諧振腔和位于諧振腔內(nèi)部的諧振子，其中諧振子為上述人工電磁材料；具有這種金屬微結(jié)構(gòu)的人工電磁材料其介電常數(shù)得到了大幅地提高，將這種人工電磁材料應(yīng)用在濾波器中有利于濾波器的小型化。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種人工電磁材料及使用該材料的濾波器
本專(zhuān)利技術(shù)涉及新材料領(lǐng)域，具體的涉及一種具有高介電常數(shù)的人工電磁材料以及使用該材料的濾波器。
技術(shù)介紹
介電常數(shù)是材料對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)的一個(gè)參數(shù)，材料在外加電場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷而削弱電場(chǎng)，原真空中的外加電場(chǎng)與最終材料中電場(chǎng)的比值即為介電常數(shù)。自然界中，任何一種材料在特定的條件下，都有它特定的介電常數(shù)值或者介電常數(shù)曲線(xiàn)。介電常數(shù)較高的材料放在電場(chǎng)中，電場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)在電介質(zhì)材料內(nèi)有可觀(guān)的下降。在高介電常數(shù)材料中，電磁波波長(zhǎng)很短，可以大大縮小射頻及微波器件的尺寸。隨著技術(shù)日新月異的發(fā)展，人們對(duì)材料的應(yīng)用要求越來(lái)越高，在某些場(chǎng)合，所需要的介電常數(shù)值遠(yuǎn)高于自然界已有的材料的介電常數(shù)值，現(xiàn)有的介電常數(shù)較高的介電絕緣體也不能達(dá)到要求，這將為技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)造成瓶頸。因此，人們轉(zhuǎn)向人工制造的人工電磁材料。濾波器是無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中的常見(jiàn)器件之一，被廣泛應(yīng)用于通訊、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、衛(wèi)星、測(cè)試儀表等電子設(shè)備中。濾波器具有諧振腔，濾波器的體積主要取決于諧振腔的個(gè)數(shù)和容積。而微波諧振腔的諧振頻率取決于該腔的容積，一般來(lái)說(shuō)，諧振腔容積越大諧振頻率越低，諧振腔容積越小諧振頻率越高，因此如何實(shí)現(xiàn)在不增大諧振腔尺寸的情況下降低諧振腔的諧振頻率對(duì)于濾波器的小型化具有重要的意義。通過(guò)在諧振腔內(nèi)設(shè)置具有高介電常數(shù)的諧振子，能夠在不改變諧振腔的體積的條件下有效降低諧振腔的諧振頻率，有利于濾波器的小型化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種具有高介電常數(shù)人工電磁材料。本專(zhuān)利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種人工電磁材料，包括至少一個(gè)材料片層，所述材料片層包括基板和附著在基板表面上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)包括一個(gè)實(shí)心主金屬片和圍繞所述實(shí)心主金屬片且在同一平面上分布有多個(gè)實(shí)心小金屬片，所述實(shí)心小金屬片與所述實(shí)心主金屬片不相連。所述實(shí)心主金屬片為圓形。圍繞在所述實(shí)心主金屬片周?chē)乃鰧?shí)心小金屬片為均勻分布。所述實(shí)心主金屬片為矩形。所述實(shí)心小金屬片為弧形面。所述基板由高分子材料或陶瓷材料制成。所述材料片層有多個(gè)，且沿垂直于所述基板表面的方向排列，材料片層之間相互平行且等間距設(shè)置。一種濾波器，包括諧振腔和位于諧振腔內(nèi)的諧振子，所述諧振子為人工電磁材料，該人工電磁材料包括至少一個(gè)人工電磁材料片層，每個(gè)所述人工電磁材料片層包括基板和附著在所述基板上的金屬微結(jié)構(gòu)，所述金屬微結(jié)構(gòu)包括一個(gè)實(shí)心主金屬片和圍繞所述實(shí)心主金屬片且在同一平面上分布有多個(gè)實(shí)心小金屬片，所述實(shí)心小金屬片與所述實(shí)心主金屬片不相連。所述實(shí)心主金屬片為圓形或矩形。所述基板由高分子材料或陶瓷材料制成。實(shí)施本專(zhuān)利技術(shù)具有以下有益效果：通過(guò)在基板上附著具有本專(zhuān)利技術(shù)的幾何形狀的人造微結(jié)構(gòu)，使得人工電磁材料具有較高的介電常數(shù)，將該人工電磁材料應(yīng)用在濾波器中有利于濾波器的小型化。【附圖說(shuō)明】圖1是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例中提到的一種金屬微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是包含圖1所示金屬微結(jié)構(gòu)且具有一個(gè)人工電磁材料片層的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1所示人工電磁材料的介電常數(shù)特性仿真示意圖；圖4是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例中提到的第二種金屬微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是包含圖4所示金屬微結(jié)構(gòu)且具有一個(gè)人工電磁材料片層的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖4所示人工電磁材料的介電常數(shù)特性仿真示意圖；圖7是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例中提到的第三種金屬微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是包含圖7所示金屬微結(jié)構(gòu)且具有一個(gè)人工電磁材料片層的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖7所示人工電磁材料的介電常數(shù)特性仿真示意圖。【具體實(shí)施方式】為了使本專(zhuān)利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專(zhuān)利技術(shù)，并不用于限定本專(zhuān)利技術(shù)。本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種人工電磁材料，包括至少一個(gè)材料片層，每個(gè)材料片層包括基板和附著在基板表面上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，基板由高分子材料或陶瓷材料制成，常用的高分子材料如聚四氟乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂等。人造微結(jié)構(gòu)在基板表面上呈周期性排布，例如矩形陣列排布，即以X方向?yàn)樾小⒁源怪庇赬方向的Y方向?yàn)榱信帕校腋餍虚g距、各列間距分別相等，甚至行間距等于列間距均可。當(dāng)材料片層有多個(gè)時(shí)，各材料片層沿垂直于基板表面的Z方向依次排列，材料片層之間相互平行設(shè)置。由于人造微結(jié)構(gòu)陣列排布，因此可以將基板虛擬地劃分為同樣陣列排布的多個(gè)基板單元，基板單元的長(zhǎng)度等于上述行間距、寬度等于列間距、厚度等于基板的厚度。每個(gè)基板單元的表面上正好對(duì)應(yīng)有一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。如圖2所示，金屬微結(jié)構(gòu)包括圓形的實(shí)心主金屬片和圍繞該圓形的實(shí)心主金屬片且在同一平面上均勻分布有32個(gè)實(shí)心小金屬片，并且該32個(gè)實(shí)心小金屬片不與實(shí)心主金屬片相連，該實(shí)心小金屬片為弧形面，該弧形面為不閉合的環(huán)形，為環(huán)形的一部分；如圖1所示，每個(gè)基板單元的尺寸為0.8mm×3mm×3mm，其中0.8mm為基板的厚度；圓形的實(shí)心主金屬片的直徑d1為1.5mm，實(shí)心小金屬片的內(nèi)環(huán)直徑d2為1.8mm，外環(huán)直徑d3為2.9mm，且相鄰的實(shí)心小金屬片的間距a為0.088mm；該金屬微結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為銅，也可以是其他的導(dǎo)電材料，基板采用的是介電常數(shù)為35的陶瓷材料，金屬微結(jié)構(gòu)通過(guò)蝕刻的方法附著在基板上，也可以采用電鍍、鉆刻、電子刻或離子刻等方法。如圖3所示是對(duì)本實(shí)施例中的人工電磁材料進(jìn)行仿真得到的介電常數(shù)特性曲線(xiàn)示意圖，由圖3可知，在0.2GHz～1.4GHz范圍內(nèi)該人工電磁材料的介電常數(shù)為58左右，相對(duì)于純陶瓷材料，該人工電磁材料的介電常數(shù)提高了1.65倍左右，同時(shí)該人工電磁材料的電磁損耗沒(méi)有明顯增加。該金屬微結(jié)構(gòu)也可以如圖5所示，金屬微結(jié)構(gòu)包括圓形的實(shí)心主金屬片和圍繞該圓形的實(shí)心主金屬片且在同一平面上均勻分布有4個(gè)實(shí)心小金屬片，并且該4個(gè)實(shí)心小金屬片不與實(shí)心主金屬片相連，該實(shí)心小金屬片為弧形面，該弧形面為不閉合的環(huán)形，為環(huán)形的一部分；如圖4所示，每個(gè)基板單元的尺寸為0.8mm×3mm×3mm，其中0.8mm為基板的厚度；圓形的實(shí)心主金屬片的直徑d1為2mm，實(shí)心小金屬片的內(nèi)環(huán)直徑d2為2.5mm，外環(huán)直徑d3為2.9mm，且相鄰的實(shí)心小金屬片的間距a為0.8mm；基板采用的是介電常數(shù)為35的陶瓷材料，如圖6所示是對(duì)本實(shí)施例中的人工電磁材料進(jìn)行仿真得到的介電常數(shù)特性曲線(xiàn)示意圖，由圖6可知，在0.1GHz～1.5GHz范圍內(nèi)該人工電磁材料的介電常數(shù)為55左右，相對(duì)于純陶瓷材料，該人工電磁材料的介電常數(shù)提高了1.57倍左右，同時(shí)該人工電磁材料的電磁損耗沒(méi)有明顯增加。如圖8所示，是第三種金屬微結(jié)構(gòu)，該金屬微結(jié)構(gòu)包括圓形的實(shí)心主金屬片和圍繞該圓形的實(shí)心主金屬片且在同一平面上均勻分布有2個(gè)實(shí)心小金屬片，并且該2個(gè)實(shí)心小金屬片不與實(shí)心主金屬片相連，該實(shí)心小金屬片為弧形面，該弧形面為不閉合的環(huán)形，為環(huán)形的一部分；如圖7所示，每個(gè)基板單元的尺寸為0.8mm×3mm×3mm，其中0.8mm為基板的厚度；圓形的實(shí)心主金屬片的直徑d1為1.7mm，實(shí)心小金屬片的內(nèi)環(huán)直徑d2為1.5mm，外環(huán)直徑d3為2.9mm，且相鄰的實(shí)心小金屬片的間距a為0.4mm；基板采用的是介電常數(shù)為35的陶瓷材料，如圖9所示是對(duì)本實(shí)施例中的人工電磁材料本文檔來(lái)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(gè)材料片層，所述材料片層包括基板和附著在基板表面上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)包括一個(gè)實(shí)心主金屬片和圍繞所述實(shí)心主金屬片且在同一平面上分布有多個(gè)實(shí)心小金屬片，所述實(shí)心小金屬片與所述實(shí)心主金屬片不相連。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種人工電磁材料，包括至少一個(gè)材料片層，所述材料片層包括基板和附著在基板表面上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)包括一個(gè)實(shí)心主金屬片和圍繞所述實(shí)心主金屬片且在同一平面上分布有多個(gè)實(shí)心小金屬片，所述實(shí)心小金屬片與所述實(shí)心主金屬片不相連；多個(gè)所述實(shí)心小金屬片形成不閉合的環(huán)形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工電磁材料，其特征在于，所述實(shí)心主金屬片為圓形。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人工電磁材料，其特征在于，圍繞在所述實(shí)心主金屬片周?chē)乃鰧?shí)心小金屬片為均勻分布。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工電磁材料，其特征在于：所述實(shí)心主金屬片為矩形。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的人工電磁材料，其特征在于，所述基板由高分子材料或陶瓷材料制成。6.根據(jù)權(quán)利...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉若鵬，欒琳，劉京京，徐國(guó)偉，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：