[发明专利]一种全透射人工电磁材料

说明书

本发明公开了一种全透射人工电磁材料。所述全透射人工电磁材料，包括三层基材和各自表面附着的人造金属微结构，所述人工电磁材料由两层高介电常数人造材料夹一层负介电常数人造材料，形成“高/负/高”介电常数的夹层结构；所述三层基材平行放置，沿z方向堆叠，表面附着的人造金属微结构位于同一方向，都在基材正面；所述金属微结构可以是任意金属线构成的几何图案，其中第一层和第三层的图案相同。本发明提供的全透射人工电磁材料，利用三层材料之间强烈的磁耦合，使电磁不透明材料变成全透射材料成为可能，在天线、微波滤波器等领域具有广阔的应用前景，可通过探针等方式实验研究负介电常数材料的电磁特性。

技术领域

本发明属于新型材料领域，特别是电磁材料领域，具体涉及一种全透射人工电磁材料。

背景技术

人工电磁材料，俗称超材料，是一种能够对电磁波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。人造微结构是由金属线组成的具有一定几何图案的平面或立体结构，例如组成圆环形、工字形的金属线等。人工电磁材料能够对特定频率的电磁波产生响应，从而使人工电磁材料整体体现出不同于自然界已有材料的电磁特性，具有某种特殊的电磁功能。人造电磁材料的介电常数ε和磁导率μ可以由设计者根据特定规律人为地操作，根据折射率公式可知，折射率n也可以人为控制。

材料的介电常数一般用于反映材料在电场中发生的极化对原加电场产生的影响。人工电磁材料中，有一种等效介电常数为负的材料，电磁波无法穿透这种材料，表现为对电磁波的全反射特性，对其的实验研究也被其电磁全反射性能所限制。三维排列的细金属棒是最先被证明介电常数为负的人造材料，由于其要求在一个方向上无限长、另两个方向上周期排列，使得结构复杂且难以实现，因此本发明采用简单的平面结构负介电常数材料。在所述人工电磁材料具有负介电常数的频率范围内，介电常数小于0，磁导率大于0，波矢量为虚数，电磁波为倏逝波状态。电磁波在这种材料中迅速衰减，透过率很低，即电磁波在负介电常数人工材料中不能传播，表现为传输禁带及电磁波全反射特性。

一般对于透射率低的材料，可通过叠加一层其他材料，通过两种材料之间的电磁场耦合来实现电磁透射。而对于负介电常数材料，叠加一层正介电常数材料之后，由于两层材料处于不同的相位面，各自散射的电磁能量无法相互抵消，这种两层叠加的情况不满足完美透射的条件，因此无法实现电磁全透射。

本发明在双层材料耦合的基础上，在负介电常数材料两侧各叠加一层相同的正介电常数材料，在一定条件下，三层材料各自散射的电磁能量相互抵消，满足完美透射的条件而实现电磁全透射。

发明内容

为了克服现有的人工电磁材料存在的问题，本发明提供一种全透射人工电磁材料，具体是在人工电磁材料中添加新的人造微结构，从而使电磁波可以全部穿过金属条形的负介电常数材料，使对负介电常数材料的实验研究成为可能。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种全透射人工电磁材料，包括三层基材和各自表面附着的人造金属微结构，所述金属微结构可以是任意金属线构成的几何图案，其中第一层和第三层的图案相同。

优选地，所述微结构在第一层和第三层是方形开口金属环，第二层几何图案是金属条状线。

若想电磁波透过第二层的负介电常数材料，则第一层和第三层的人造材料需要具有高介电常数，且三层材料的工作频率要相吻合。

所述人造金属微结构仅周期性重复地附着在基材的正面，基材的背面空白，无任何附着的金属结构。

所述人造金属微结构可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等方式附着于所述基材上。

优选地，所述三层基材平行放置，沿z方向堆叠，表面附着的人造金属微结构位于同一方向，都在基材正面。

所述三层基材由两层高介电常数人造材料夹一层负介电常数人造材料，形成“高/负/高”介电常数的夹层结构。