[发明专利]一种宽频人工电磁材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种人工电磁材料，更具体地说，涉及一种宽频人工电磁材料。

背景技术

人工电磁材料，俗称超材料，是一种能够对电磁产生响应的新型人工合成材料，由基板和附着在基板上的人造微结构组成。由于人造微结构通常为金属线排布成的具有一定几何图形的结构，因此能够对电磁产生响应，从而使超材料整体体现出不同于基板的电磁特性，例如介电常数ε和磁导率μ不同，根据折射率公式可知，折射率n也不同。

现有的人工电磁材料，其人造微结构通常为“工”字形、“凵”字形等形状，可用频带较窄。对于一些较宽的应用频率，需要设计新的人造微结构才行。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，设计新的人造微结构从而实现一种宽频人工电磁材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种宽频人工电磁材料，包括沿两两正交垂直的x、y和z方向阵列排布的多个方形材料单元，每个材料单元包括非金属的方形基材单元和附着在所述基材单元表面上的人造微结构，每个所述人造微结构包括多个相同且相互平行的结构单元，每个结构单元具有同样的第一几何图案，所述多个结构单元互不相交，并沿一相似于且大于所述第一几何图案的第二图案依次排布。

在本发明所述的宽频人工电磁材料中，每个方形的基材单元其沿x、y和z方向上的长度均不大于一入射电磁波波长的十分之一。

在本发明所述的宽频人工电磁材料中，所述结构单元的第一几何图案为“工”字形，所述多个结构单元的外轮廓连线所形成的第二几何图案为大于第一几何图案的“工”字形。

在本发明所述的宽频人工电磁材料中，所述“工”字形第一几何图案的高度等于所述“工”字形第二几何图案的其中两条水平且平行的线段的线宽。

在本发明所述的宽频人工电磁材料中，所述“工”字形第一几何图案的宽度等于所述“工”字形第二几何图案的其中一条竖直线段的线宽。

在本发明所述的宽频人工电磁材料中，所述第一、第二几何图案为相似的两个“十”字形。

在本发明所述的宽频人工电磁材料中，所述人造微结构的结构单元由金属线构成。

在本发明所述的宽频人工电磁材料中，所述金属线为铜线或银线。

在本发明所述的宽频人工电磁材料中，所述人工电磁材料包括多片沿z方向堆叠的基材片层，每个基材片层包括沿x、y方向阵列排布的基材单元。

在本发明所述的宽频人工电磁材料中，所述基材片层由FR-4材料制成。

实施本发明的宽频人工电磁材料，具有以下有益效果：本发明中用多个结构单元来构成一个人造微结构，与同样尺寸的单一结构单元构成的人造微结构相比，本发明的人造微结构形成的等效电容和电感减小，从而使谐振频率后移，可用频带变宽，使材料的应用范围变广。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的宽频人工电磁材料的结构示意图；

图2是由图1所示宽频人工电磁材料的一个材料单元的结构示意图；

图3是图2所示的材料单元中的人造微结构的第一几何图案和第二几何图案的对比图。

具体实施方式

本发明提供一种宽频人工电磁材料，其结构如图1所示，其包括至少一块均匀等厚的基材1，当基材1有多片时，它们沿垂直于基材表面的z方向层叠到一起。基材1可被虚拟地划分为完全相同的多个立方体形的基材单元10，例如边长为一种频率的电磁波的波长的十分之一或小于十分之一的立方体。多片基材1可看作是由多个这样的基材单元2以x方向为行、y方向为列、z方向为层叠方向组成的阵列，其中x、y、z方向两两正交垂直。基材1可由FR-4材料、环氧树脂、陶瓷等材料制成。

每个基材单元10上附着有一个人造微结构200，基材单元10及基材单元10上的人造微结构200共同构成一个材料单元30，如图2所示，则本发明的宽频人工电磁材料可看作是由多个材料单元30沿x、y、z三个方向阵列排布而成。

人造微结构200通常为金属线例如铜线、银线组成的具有一定几何图形的平面或立体结构，当然，人造微结构还可以有其他金属材料如金线，也可以由至少两种金属混合而成的材料，甚至也可能采用非金属材料制成。