一种左手材料的结构单元及其排列而成的左手材料制造技术

本发明专利技术属于电磁介质特性研究技术领域，具体涉及一种左手材料的结构单元，包括介质板和金属条组元，数个金属条组元以阵列式分布于介质板的正面和反面即在介质板的正面和反面都形成组元阵列，金属条组元由两种不同宽度的矩形金属条按照一定规律排列而成；本发明专利技术还公开了由多块结构单元等间距排列得到的左手材料。该结构单元仅由两种不同宽度的矩形金属条按照一定规则排列，加工制备十分方便；在介质板的正反面上形成金属条组元阵列，且对立面之间的金属条组元阵列可通过旋转90°互得，实现左手材料的二维各向同性，克服了传统材料的维度受限的缺点；该左手材料的通带带宽可达到6GHz，实现了通带的偏移，大大拓宽了左手材料的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁介质特性研究
，具体涉及一种左手材料的结构单元及其排列而成的左手材料。
技术介绍
左手材料是一种在一定的频段下同时具有负磁导率和负介电常数的人工材料，也称为超材料，其主要思想由前苏联科学家Veselago在1968年系统地提出，Veselago预测了电磁波在左手材料中波传播方向与能量传播方向相反等许多与传统介质不同的电磁特性。因到目前为止，自然界中还没有找到此类介质，近三十年，该方面的研究几乎没有什么进展，直到1996年以来，英国科学家Pendry提出了由周期性排列的细金属棒(Rod)阵列和金属谐振环(SRR)产生负等效介电常数和负等效磁导率的方法，Smith等人的棱镜折射实验首次从实验上证明了左手材料的存在。此后，左手材料得到了长足的发展，各种不同设计类型不断地被提出，如双S结构、正六边形左手材料、矩形嵌套结构、十字架形等。这些结构普遍利用复杂的谐振模型，存在结构复杂，性能单一，维度受限，频带窄等一系列问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种新型二维双面矩形阵列左手材料。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种左手材料的结构单元，包括介质板和金属条组元，所述数个金属条组元以阵列式分布于介质板的正面和反面即在介质板的正面和反面都形成组元阵列，所述金属条组元由两种不同宽度的矩形金属条按照一定规律排列而成。优选的，所述介质板正面的组元阵列绕介质板的中心点旋转90度与介质板反面上的组元阵列一致。优选的，所述金属条组元由两条矩形金属条一和一条矩形金属条二组成，矩形金属条一的宽度小于矩形金属条二的宽度，矩形金属条一与矩形金属条二的长度相等，两条矩形金属条一平行并对称布设于矩形金属条二的两侧。优选的，所述矩形金属条一和矩形金属条二的长度均为l，l的取值范围为1.5～4.5mm，矩形金属条一的宽度为a，a的取值范围为0.3～0.7mm，矩形金属条二的宽度为b，b的取值范围为0.8～1.2mm，同一金属条组元内的矩形金属条一与矩形金属条二的横向距离为d，d的取值范围为1.1～1.5mm。优选的，所述介质板正面的组元阵列的左、右端分别距离介质板的左、右边界的距离均为e＝0.2mm，介质板正面的组元阵列的上、下端分别距离介质板的上、下边界的距离均为h，h的取值范围为0.25～1.75mm。优选的，所述介质板正面的组元阵列中的金属条组元的横向间距为2h，2h的取值范围为0.5～3.5mm，纵向间距为f，f的取值范围为0.2～0.5mm。优选的，所述矩形金属条的电谐振和磁谐振位于同一频段。优选的，所述组元阵列蚀刻于介质板的正面和反面上，所述介质板为介电常数4.4的环氧树脂PCB基板。本专利技术还公开了一种左手材料，由上述结构单元等间距排列而成。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：本专利技术左手材料的结构单元仅由两种不同宽度的矩形金属条按照一定规则排列，加工制备十分方便；在介质板的正、反面上形成金属条组元阵列，且对立面之间的金属条组元阵列可通过旋转90°互得，实现左手材料的二维各向同性，克服了传统材料的维度受限的缺点；本专利技术的左手材料的通带带宽达到6GHz，实现了通带的偏移，大大拓宽了左手材料的应用范围。附图说明图1是实施例1的左手材料的结构单元在介质板正面的示意图。图2是实施例1的左手材料的结构单元在介质板反面的示意图。图3是实施例1的1mm层间距左手材料的结构示意图。图4是实施例1的1mm层间距左手材料的仿真S参数曲线。图5是通过参数提取方法提取的实施例1的等效介电常数。图6是通过参数提取方法提取的实施例1的等效磁导率。图7是通过参数提取方法提取的实施例1的折射率。图8是实施例2的2mm层间距左手材料的结构示意图。图9是实施例2的2mm层间距左手材料的仿真S参数曲线。图10是通过参数提取方法提取的实施例2的等效介电常数。图11是通过参数提取方法提取的实施例2的等效磁导率。图12通过参数提取方法提取的实施例2的折射率。图13是实施例4的1mm层间距左手材料的结构示意图。图14是实施例4的2mm层间距左手材料的结构示意图。图15是实施例4的测试结果与实施例1的仿真结果对比图。图16是实施例4的测试结果与实施例2的仿真结果对比图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述说明。如图1、2所示，本专利技术的二维双面矩形阵列左手材料的结构单元，由两种宽度不同的矩形金属条按一定规则排列形成金属条组元，两种宽度不同的矩形金属条包括两条窄的矩形金属条和一条宽的矩形金属条，两条窄的矩形金属条平行并对称设置在宽的矩形金属条的两侧。矩形金属条的电谐振和磁谐振位于同一频段，在二维方向上具有相同结构，实现二维同性。金属条组元以阵列式布设于方形介质板的正面和反面形成组元阵列，正面和反面的组元阵列相互垂直，正面和反面的组元阵列通过旋转90°可相互转化。组元阵列通过电路板蚀刻技术蚀刻于介电常数4.4的环氧树脂PCB基板的正面和反面上，将多块蚀刻后的环氧树脂PCB基板按照一定间距排列，得到不同通带的左手材料。实施例1：采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.6mm，边长为10×10mm的环氧树脂PCB基板的正、反双面上蚀刻出矩形金属条组元阵列，其中矩形金属条的长度均为l＝3.5mm，厚度为0.035mm，窄的矩形金属条的宽度a＝0.5mm，宽的矩形金属条的宽度b＝1mm，金属条组元中的相邻矩形金属条的横向距离d＝1.5mm，介质板正面的组元阵列的左、右端分别距离介质板的左、右边界的距离均为e＝0.2mm，介质板正面的组元阵列的上、下端分别距离介质板的上、下边界的距离均为h＝0.75mm，介质板反面的组元阵列以介质板正面的组元阵列旋转90°对应。介质板正面的组元阵列中的金属条组元的纵向间距2h＝1.5mm，纵向间距指的是在竖直方向上相邻的金属条组元之间的距离；横向间距f＝0.4mm，横向间距指的是在水平方向上相邻的金属条组元之间的距离。如图3所示，将13片左手材料的结构单元结构以1mm为间距平行放置形成本实施例的左手材料。采用商业电磁仿真软件Ansoft HFSS对该左手材料的结构进行仿真，上下表面设置为理想点表面(PEC)，前后设置为理想磁表面(PMC)，仿真S参数如图4所示，图4为S11、S21的幅值曲线图，从图中可看出在8.1～15.1GHz上出现通带。通过参数提取方法提取的等效媒质参数如图5-7所示，图5表明本实施例左手材料的结构在8.5～14GHz的频段上具有负的介电常数，图6表明本实施例左手材料的结构在8.6～14GHz的频段上具有负的磁导率，图7表明本实施例左手材料的结构在8.6～16GHz的频段上具有负的等效折射率。因此本实施例左手材料的结构在8.6～14GHz的频段上实现左手特性。实施例2：本实施例与实施例1的区别在于：将9片左手材料的结构单元结构按照间距2mm平行排列，得到的结构如图8所示。将上下表面设置为理想点表面(PEC)，前后设置为理想磁表面(PMC)，仿真S参数如图9所示，图9为S11、S21的幅值曲线图，从中可以看出在9.2GHz～16.9GHz上出现通带；通过参数提取方法提取的等效媒质参数如图10-12所示。图10表明本实施例左手材料的结构在9.9～14GHz的频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种左手材料的结构单元，包括介质板和金属条组元，其特征在于，所述数个金属条组元以阵列式分布于介质板的正面和反面即在介质板的正面和反面都形成组元阵列，所述金属条组元由两种不同宽度的矩形金属条按照一定规律排列而成。

【技术特征摘要】
1.一种左手材料的结构单元，包括介质板和金属条组元，其特征在于，所述数个金属条组元以阵列式分布于介质板的正面和反面即在介质板的正面和反面都形成组元阵列，所述金属条组元由两种不同宽度的矩形金属条按照一定规律排列而成。2.根据权利要求1所述左手材料的结构单元，其特征在于，所述介质板正面的组元阵列绕介质板的中心点旋转90度与介质板反面上的组元阵列一致。3.根据权利要求1所述左手材料的结构单元，其特征在于，所述金属条组元由两条矩形金属条一和一条矩形金属条二组成，矩形金属条一的宽度小于矩形金属条二的宽度，矩形金属条一与矩形金属条二的长度相等，两条矩形金属条一平行并对称布设于矩形金属条二的两侧。4.根据权利要求3所述左手材料的结构单元，其特征在于，所述矩形金属条一和矩形金属条二的长度均为l，l的取值范围为1.5～4.5mm，矩形金属条一的宽度为a，a的取值范围为0.3～0.7mm，矩形金属条二的宽度为b，b的取值范围为0.8～1.2mm，同一金属条组元内的矩形金属条一与...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿友林，余建波，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33