一种宽频段低色散负折射材料制造技术

本发明专利技术涉及一种宽频段低色散负折射材料，其基本结构单元包括介质基板、十字线和半圆形开口对环；所述十字线和半圆形开口对环刻蚀在介质基板的正反两面；所述半圆形开口对环是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板一侧的中心成镜像；所述十字线的四个边缘与介质基板的四个边缘齐平。本发明专利技术通过设计负折射材料单元结构的形状和结构参数，能够使负折射材料在50GHz附近的宽频段内出现低色散的负折射特性，同时在另一相邻的较宽频段内表现出高的反射率，通过调整结构单元的主要参数，可以实现负折射频段的偏移和反射率对应频段的增加，可广泛应用于微波平板天线和微波反射器。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种宽频段低色散负折射材料，其基本结构单元包括介质基板、十字线和半圆形开口对环；所述十字线和半圆形开口对环刻蚀在介质基板的正反两面；所述半圆形开口对环是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板一侧的中心成镜像；所述十字线的四个边缘与介质基板的四个边缘齐平。本专利技术通过设计负折射材料单元结构的形状和结构参数，能够使负折射材料在50GHz附近的宽频段内出现低色散的负折射特性，同时在另一相邻的较宽频段内表现出高的反射率，通过调整结构单元的主要参数，可以实现负折射频段的偏移和反射率对应频段的增加，可广泛应用于微波平板天线和微波反射器。【专利说明】_种宽频段低色散负折射材料
本专利技术涉及一种负折射材料，更具体地说，涉及一种宽频段低色散负折射材料。
技术介绍
负折射材料是一种人工复合材料，其电磁特性取决于构成其结构单元的大小及其排列方式。通过设计构成材料的基本结构单元，可以在一定的频段内实现负的折射率。负折射材料具有反常的电磁特性，如逆Snell折射、逆Doppler频移、逆Goos-Hanchen相移和反Cerenkov辐射等，在超透镜、隐形衣、全向滤波器等方面具有潜在的应用。 材料的折射率随频率的变化特性称为色散，折射率随频率缓慢变化即为低色散。目前，现有的负折射材料可以在微波和光波波段实现单频段或多频段的负折射，但这远远不能满足大容量微波通信的需求，需要具有宽的负折射频段且具有低色散特性的负折射材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有的负折射材料无法在更宽频段内实现低色散负折射率的问题，提出一种在更宽频段内实现低色散负折射率超材料。 本专利技术提供的一种宽频低色散负折射材料，组成负折射材料的基本结构单元包括介质基板、十字线和半圆形开口对环；十字线和半圆形开口对环分别刻蚀在介质基板的正反两面；所述半圆形开口对环是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板面的中心成镜像，所述十字线的四个边缘与介质基板的四个边缘齐平。 所述介质基板是相对介电常数为4.4的FR-4。 所述介质基板的尺寸为ImmX lmmX0.1mm。 所述十字线和半圆形开口对环刻蚀厚度为0.02mm。 所述半圆形开口对环各处的线宽相同，其线宽为W，0.028mm ^ w ^ 0.032mm。 所述半圆形开口对环的外半径R为0.4mm,内半径为r, 0.368mm < r < 0.372mm。 所述半圆形开口对环开口大小为g, 0.29mm g 0.34mm。 所述两个半圆形开口环之间的距离为η, 0.098mm η 0.104mm。 所述十字线的线宽为L, 0.41mm彡L彡0.42mm。 所述十字线和半圆形开口对环由铜制成，通过蚀刻、电镀、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述介质基板上。 本专利技术通过设计负折射材料单元结构的形状和结构参数，能够使负折射材料在50GHz附近的宽频段内出现低色散的负折射特性，同时在另一相邻的较宽频段内表现出高的反射率，通过调整结构单元的主要参数，可以实现负折射频段的偏移和反射率对应频段的增加，可广泛应用于微波平板天线和微波反射器。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术的基本结构单元结构示意图； 图2是本专利技术的基本结构单元结构中的十字线示意图； 图3是本专利技术的基本结构单元结构中的半圆形开口对环示意图； 图4是实施例1的仿真S11和S21曲线图； 图5是利用S参数反演法提取的实施例1的折射率图； 图6是实施例2的仿真S11和S21曲线图； 图7是利用S参数反演法提取的实施例2的折射率图； 【具体实施方式】 现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述: 图1是本专利技术的基本结构单元结构示意图，由介质基板1、十字线2和半圆形开口对环3组成；十字线2和半圆形开口对环3分别刻蚀在介质基板I的正反两面；所述半圆形开口对环3是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板面的中心成镜像，所述十字线2的四个边缘与介质基板I的四个边缘齐平。 其介质基板I为相对介电常数为4.4的FR-4，尺寸为ImmX ImmX0.1mm ;在厚度为0.1mm的介质基板FR-4的正反两面分别刻蚀十字线2和半圆形开口对环3，构成负折射材料的单元结构。 所述十字线的各处的线宽相同，其线宽为L，0.41mm彡L彡0.42mm。 所述十字线和半圆形开口对环的各处的厚度相同，其厚度为0.02_。 所述半圆形开口对环各处的线宽相同，其线宽为W，0.028mm ^ w ^ 0.032mm。 所述半圆形开口对环的外半径R为0.4mm,内半径为r, 0.368mm < r < 0.372mm。 所述半圆形开口对环开口大小为g, 0.29mm g 0.34mm。 所述两个半圆形开口环之间的距离为η, 0.098mm η 0.104mm。 所述十字线和半圆形开口对环由铜制成，通过蚀刻、电镀、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述介质基板上。 采用具有如下参数的负折射材料进行仿真: 实施例1 十字线的宽度L为0.4182mm; 半圆形开口对环的环宽度w为0.03mm ; 半圆形开口对环开口大小g为0.32mm ; 两个半圆形开口环之间的距离η为0.0lmm ； 半圆形开口对环内半径r为0.37mm ; 对上述的负折射材料利用HFSS软件进行仿真模拟，得到的反射参数Sn、传输参数S21和折射率关于频率的电磁响应曲线分别如图4、图5所示。从此图4可以看出，当电磁波激励该材料时，该材料的S11的幅度大约在0-50GHZ的频段上，反射率|S n 12彡95%。图5表明该材料大约在45GHz-56GHz (IlGHz)的频段内具有低色散负折射率，同时在42.5GHz-60GHz的频段范围内，其折射率为负。 实施例2 与实施例1不同的是，实施例2的十字线宽度L为0.41mm;半圆形开口对环开口大小g为0.296mm。 对上述的负折射材料利用HFSS软件进行仿真模拟，得到的反射参数Sn、传输参数S21参数和折射率关于频率的电磁响应曲线如图6、图7所示。由图6可知，当电磁波激励该材料时，该材料大约在0-50GHZ的频段上具有较高的反射率I S1112，I S1112彡95%。图7中，在47.5GHz-57.5GHz (1GHz)的频段内，该材料表现出低色散负折射率，并且其折射率在40GHz-62.5GHz频段上为负。 上面结合附图对本专利技术的实施例进行了描述，但是上述的具体实施例只是本专利技术的示意性的实施方式，在不脱离专利技术宗旨和权利要求书所保护的范围内，还可以有很多其他具体的实施形式，这些均属于本专利技术的保护范围。【权利要求】1.一种宽频低色散负折射材料，其特征在于，组成负折射材料的基本结构单元包括介质基板(1)、十字线(2)和半圆形开口对环(3);十字线(2)和半圆形开口对环(3)分别刻蚀在介质基板(I)的正反两面；所述半圆形开口对环(3)是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板面的中心成镜像，所述十字线(2)的四个边缘与介质基板(I)的四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频低色散负折射材料，其特征在于，组成负折射材料的基本结构单元包括介质基板(1)、十字线(2)和半圆形开口对环(3)；十字线(2)和半圆形开口对环(3)分别刻蚀在介质基板(1)的正反两面；所述半圆形开口对环(3)是将两个半圆形开口环设置成镜像，两个半圆形开口环关于所在介质基板面的中心成镜像，所述十字线(2)的四个边缘与介质基板(1)的四个边缘齐平；所述介质基板是相对介电常数为4.4的FR‑4；所述介质基板的尺寸为1mm×1mm×0.1mm；所述十字线和半圆形开口对环刻蚀厚度为0.02mm；所述半圆形开口对环各处的线宽相同，其线宽为w,0.028mm≤w≤0.032mm；所述半圆形开口对环的外半径R为0.4mm,内半径为r,0.368mm≤r≤0.372mm；所述半圆形开口对环开口大小为g,0.29mm≤g≤0.34mm；所述两个半圆形开口环之间的距离为n,0.098mm≤n≤0.104mm；所述十字线的线宽为L，0.41mm≤L≤0.42mm；所述十字线和半圆形开口对环由铜制成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨荣草，李建平，李晋英，张文梅，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14