[发明专利]一种K波段电磁双负超材料

说明书

技术领域

本发明涉及电磁双负超材料，特别是一种在常规尺寸下实现的K波 段的电磁双负超材料，属于电磁“超材料”结构设计领域。

背景技术

电磁双负材料是一种介电常数和磁导率同时为负的人工合成超材 料，其电场向量，磁场向量，波矢分量满足左手定则，所以又称为左 手材料。双负材料与自然界中其他材料的区别之一是电磁波在其中传 播时群速度与向速度相反，这种反常的电磁特性使得双负材料呈现出 很多超自然的物理现象，比如逆多普勒效应、负折射现象、完美透镜 效应、反涅尔斯定律等。双负材料最早由前苏联科学家V.G.Veselago 于上世纪60年代在理论上证实，但是当时在自然界中并不能找到这 种具有奇妙特性的物质。直到20世纪60年代，英国科学家Penty等 人提出周期型排列的导电金属线和金属谐振环(SRR)分别在一定频 率下可以实现负介电常数和负磁导率。以此为基础，美国科学家Smith 教授设计出了一种金属杆和金属谐振环周期性排列的复合材料，最终 使其呈现出双负特性。

谐振腔与金属线组成的SRR结构是实现双负材料制备的一种结构 单元。随后提出的树枝型结构，矩形谐振腔结构，双“I”型结构， 双“Z”型结构等也都很好地实现了材料的双负特性，但由于随着双 负材料单元尺寸增大，其谐振频率变小，出现双负特性的频率范围也 随之变小。在电磁器件可以接受的尺寸上，目前提出的双负材料出现 双负特性的频率范围集中在较低的C波段以及X波段，对于更高频段 的电磁双负材料还没有实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种K波段电磁双负超材料，所述的双负 超材料基于传统的谐振腔与金属线组合的结构，提出一种新型谐振器， 该谐振器通过较小谐振腔并联的方式，提高了谐振频率，与矩形金属 导线组合形成新型双负材料，该材料不仅在18.8Ghz(K波段)处实 现了双负特性，同时保证了辐射面积，使其在电磁器件中应用时可以 更好的发挥双负特性。解决了目前的双负材料出现双负特性的频率过 高时尺寸太小而难以应用的问题。

本发明设计方案是：一种新型谐振器与矩形金属导线组合的新型 双负材料结构，即一种K波段电磁双负超材料，所述新型双负材料包 括介质基板，所述介质基板上覆盖有一个谐振器和一条矩形金属导线， 所述矩形金属导线竖向放置于谐振器下方，所述新型谐振器的内部为 三个金属条组合而成的闭合正三角形，所述谐振器的外部为正六边形 结构。所述正六边形结构的其中三个顶点与所述闭合正三角形的三个 顶点重合，所述正六边形结构的另外三个顶点处均开设有开口，总体 表现为三个小的谐振腔背向的组合。

根据本发明所述的K波段电磁双负超材料，所述介质基板为介电 常数4.4的树脂氧化玻璃纤维FR4-epoxy，所述谐振器和矩形金属导 线采取覆铜技术刻蚀在介质基板两侧，覆铜厚度为0.1mm。

根据本发明所述的K波段电磁双负超材料，介质基板厚度为 0.25mm。

根据本发明所述的K波段电磁双负超材料，谐振器外部正六边形 外边长m为2mm，组成正六边形所用金属条宽度w为0.3mm。

根据本发明所述的K波段电磁双负超材料，谐振器内部正三角形 外边长s为3.46mm，组成正三角形所用金属条宽度w为0.3mm。

根据本发明所述的K波段电磁双负超材料，谐振器中正六边形三 个开口的开口宽度g为0.44mm。

根据本发明所述的K波段电磁双负超材料，矩形金属导线长度为 6mm，宽度为0.3mm，厚度为0.1mm。

有益效果：

(1)本发明取材方便，制备简单，尺寸较小，无需传统制备过程 中的焊接工序，便于加工制作，具有极大的实用价值。

(2)本发明基于传统的谐振环和金属线组合的结构，可以同时实 现介电常数和磁导率同时为负。单个谐振器也有很好地磁响应特性， 可以独自应用在各类电磁器件上。

(3)本发明出现双负特性的频段位于高频，结构尺寸属于常规尺 寸，辐射面积较大，可以更好的实现高频段双负材料的应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

图1是新型谐振器的平面图；

图2是新型双负材料的结构图；

图3是电磁波入射新型双负材料的S参数(dB)幅度图；