[实用新型]一种超材料

说明书

技术领域

本实用新型涉及超材料领域，具体来说，涉及一种超材料。

背景技术

超材料是一种具有传统自然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构，然而对于超材料来说，其奇异的电磁特性都有一个频带范围，超出这个范围，这个奇异的电磁特性会减弱甚至消失。

无线通信系统的迅速发展，对天线设计提出了新的要求，也促进了可调谐超材料功能的发展与完善。到目前为止，可调谐超材料主要包括三大类：(1)机械式可控超材料；(2)加载微波开关等；(3)加载可控材料，例如，铁氧体、液晶材料、石墨烯等。其中，机械式可控超材料由于要对移动量进行精确的控制，但该机械式可控超材料的体积相对较大，不易操作；加载微波开关的可控超材料其状态与开关的个数有关，要实现足够多的状态数就需要添加足够多的开关个数，导致结构的复杂度增加；加载可控材料的超材料其调控的频率范围不大，而且需要外加偏置场导致结构复杂。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本实用新型提出一种超材料，从而在超材料平板天线中采用加载液晶材料的电调谐超材料，通过控制加载液晶的电压调控其阵面单元的相移分布，进而可以实现连续宽角度的扫描。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种超材料。

该超材料包括：

反射层；

电可控超材料单元阵列，设置于反射层上方，包括多个周期排列的电可控超材料单元，每个电可控超材料单元包括：

第一介质层，设置于反射层上方；

液晶层，设置于第一介质层上方；

第二介质层，设置于液晶层上方；

金属微结构，设置于第二介质层上方，包括环形金属片，并且环形金属片上设有开口。

根据本实用新型的一个实施例，环形金属片上设有第一开口。

根据本实用新型的一个实施例，环形金属片上设有第一开口和第二开口，第一开口和第二开口相对设置，第一开口上设置有凸起端，以及金属微结构还包括第一矩形金属片和第二矩形金属片，穿过第一开口、第二开口和环形金属片的圆心的直线与第一矩形金属片和第二矩形金属片平行设置。

根据本实用新型的一个实施例，环形金属片、第一矩形金属片和第二矩形金属片构成双K型金属微结构。

根据本实用新型的一个实施例，双K型金属微结构上还设置有同轴通孔，双K型金属微结构通过同轴通孔与馈电装置连接，用于向液晶层加载电压。

根据本实用新型的一个实施例，电可控超材料单元的工作频率的取值范围为：12GHz～18GHz。

根据本实用新型的一个实施例，第一介质层及第二介质层为非磁性介质材料，第一介质层及第二介质层的介电常数均在2～10之间，磁导率为1。

根据本实用新型的一个实施例，反射层为非磁性金属材料。

根据本实用新型的一个实施例，液晶层的介电常数的取值范围为：2.5～3.3。

根据本实用新型的一个实施例，金属微结构的材料为铜、银或金。

根据本实用新型的一个实施例，垂直于金属微结构的表面入射的电磁波为平面波，电磁波的幅值和相位在垂直于入射方向上相等。

根据本实用新型的一个实施例，任意两个电可控超材料单元的大小一致。

根据本实用新型的一个实施例，相邻的电可控超材料单元中心间的距离d的取值范围为：0＜d＜1/2λ，其中，λ为电可控超材料单元的工作频率对应的波长。

本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型通过将超材料和液晶材料相结合，其通过改变加载电压值调节液晶材料的介电常数值，由于液晶材料等效耦合电容发生改变，其谐振频率也可以改变，同时，天线的工作频率都工作在谐振频率下，即基于该电可控超材料单元可以得到频率可重构天线，进而实现对超材料电磁特性的控制，其能够在不改变结构材料几何参数的前提下，使其在相当宽的一段频带范围内实现对电磁参数的连续控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的电可控超材料单元的侧视图；

图2是根据本实用新型第一实施例的电可控超材料单元的俯视图；