一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料制造技术

本发明专利技术提供一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料，属于超材料结构技术领域。该微波超材料由类共面波导传输线结构的单元结构沿电磁波的电场方向和磁场方向周期排列得到，具有超高品质因子(Q)值，在13.09GHz的工作频率下，其品质因子可达353.2；对周围环境的折射率呈现出较高的灵敏度，且结构简单，制备工艺简便。

【技术实现步骤摘要】
一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料
本专利技术属于超材料结构
，具体涉及一种具有共面波导结构类型的微波超材料及其在传感方面的应用。
技术介绍
超材料是一种基于人工设计的周期结构并呈现出超常物理特性的复合材料，例如具有等效的负介电常数及折射率、完美吸收和法诺共振等超常的物理现象。基于超材料制备的器件在高灵敏传感、开关器件以及吸波器件等
具有较高的应用潜力。在这些应用中，如高灵敏传感等，单元谐振器的品质因子(Q)对器件的整体性能起着至关重要的作用。当器件具有较高的品质因子时，其对探测量的变化更容易被检测到，因此具有更高的灵敏度。同时，工作在低频段的超材料(3GHz-30GHz)，相比于较高频段的超材料，有着易于激励及检测等优势，得到了广泛的研究。但是，目前研究大都集中在平面结构以及利用单元的非对称性来实现一个高Q值微波超材料，通过与空间电磁波进行耦合，引入电流陷阱模式，实现对频率的选择。但是这些模式与自由空间的耦合较弱，不能实现很大的Q值。如果谐振器的Q值较低，想要实现清晰的传输响应将变得非常困难，将会需要更为复杂的结构，从而导致成本增加，适用性降低等不良的影响(H.Liu,K.Ford,andR.Langley,“Miniaturisedbandpassfrequencyselectivesurfacewithlumpedcomponents,”ElectronicsLetters,vol.44,no.18,pp.1054–1055,2008.)。虽然已经有相关报道实现了一些具有较高Q值的超材料，例如A.I.Al-Naib等人(I.A.Al-Naib,C.Jansen,andM.Koch,“Highq-factormetasurfacesbasedonminiaturizedasymmetricsinglesplitresonators,”AppliedPhysicsLetters,vol.94,no.15,p.153505,2009.)，报道了一种非对称开口环结构，其品质因子达到了200。然而，获得更高品质因子的超材料谐振器仍然是迫切需要的，因为它们可以实现更为紧凑、高性能的探测器件。因此，如何实现具有高品质因子的微波超材料结构设计成为了目前亟待解决的问题。
技术实现思路
针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料。该微波超材料由类共面波导传输线结构的单元结构沿电磁波的电场方向和磁场方向周期排列得到，具有超高品质因子(Q)值，且结构简单，制备工艺简便。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料，其特征在于，所述微波超材料由类共面波导传输线结构的单元结构沿电磁波的电场方向和磁场方向周期排列得到；所述单元结构包括介质基底以及位于介质基底表面的三个依次排列、沿电磁波磁场方向厚度相同的亚波长结构，分别为第一亚波长结构、第二亚波长结构和第三亚波长结构；所述介质基底和三个亚波长结构均为矩形且沿电磁波传播方向的宽度相等；所述第一亚波长结构和第三亚波长结构尺寸相同且关于第二亚波长结构对称设置；所述单元结构先沿电磁波的电场方向依次排列设置得到重复单元，周期数为m；所述重复单元沿电磁波的磁场方向以间距H的距离固定连接、周期排列设置，周期数为k，即得所述微波超材料。进一步地，所述介质基底沿电磁波传播方向的宽度为L，沿电磁波电场方向的长度为W，沿电磁波磁场方向的厚度为d1；所述第一亚波长结构沿电磁波电场方向的长度为a，沿电磁波磁场方向的厚度为d2；所述第二亚波长结构沿电磁波电场方向的长度为b；相邻两个亚波长结构的间距为g；其中，L、g、a、W和H均小于λ/2，d1和d2均小于λ/4；其中，λ为工作波长。进一步地，m>6*λ/w，k>6*λ/H；其中，λ为工作波长。进一步地，所述介质基底的材料为微波电路介质基板材料，优选为玻璃纤维增强聚四氟乙烯树脂系列、陶瓷粉填充聚四氟乙烯树脂锡类、陶瓷粉填充热固性树脂系列或柔性介质材料；所述亚波长结构材料为高导电材料，优选为金属、合金或复合导电材料。进一步地，所述柔性介质材料具体为聚四氟乙烯(FR-4)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等；所述金属为铜、银或金等；所述复合导电材料为石墨烯、导电银浆等。进一步地，所述重复单元之间通过机械夹具进行固定连接。一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料的调控方法，其特征在于，通过调整重复单元之间的间距H，实现谐振频点及Q值的调控，增大间距H，可以实现谐振频率向高频移动；增大长度L，可以实现谐振频率向低频移动，同时保证Q值基本不变。本专利技术微波超材料具有高Q值的机理为：本专利技术设计的三个亚波长结构在介质基底表面构成类共面波导传输线结构，使入射电磁波与其发生较强的耦合作用，对特定频率的频段范围起到限制通过的作用，从而起到频率选择的作用，同时由于该结构对特定频率限制的带宽极其的窄，从而使得其有拥有较大的频率因子。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术设计的全新结构的微波超材料，具有超高Q值，在13.09GHz的工作频率下，其品质因子可达353.2；对周围环境的折射率呈现出较高的灵敏度，因此其在高灵敏传感等方面有着较大的潜力，且该结构简单、制备方便。2.本专利技术微波超材料的特性可以进行工作频率调控，可调控因子多，易于设计出所需要响应特性的微波超材料；且调控方式简单易行。附图说明图1是本专利技术实施例1的微波超材料的结构示意图。图2是本专利技术实施例1的微波超材料的单元结构示意图。图3是本专利技术实施例1的微波超材料的单元结构的俯视图。图4是本专利技术实施例1的微波超材料的透射系数图。图5是本专利技术实施例2的微波超材料在不同宽度L下的透射系数图。图6是本专利技术实施例3的微波超材料在阵列间距H下的透射系数图。图7是本专利技术实施例1的微波超材料在不同环境折射率n下的透射系数图。图8是本专利技术实施例1的微波超材料的谐振频率与折射率的线性拟合曲线图。图中，1为第一亚波长结构，2为第二亚波长结构，3为第三亚波长结构，4为介质基底。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。实施例1一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料，所述微波超材料由类共面波导传输线结构的单元结构沿电磁波的电场方向和磁场方向周期排列得到，结构示意图如图1所示，本实施例为结构单元沿着电磁波的电场方向(X轴)和磁场方向(Y轴)阵列排布，所述单元结构先沿x方向依次排列设置得到重复单元，周期数为m为2；重复单元沿y方向以间距H的距离周期排列设置，周期数为k为2，构成2*2的阵列示意图。结构单元示意图如图2所示，介质基底4以及位于介质基底4表面的三个依次排列的亚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料，其特征在于，所述微波超材料由类共面波导传输线结构的单元结构沿电磁波的电场方向和磁场方向周期排列得到；所述单元结构包括介质基底以及位于介质基底表面的三个依次排列、沿电磁波磁场方向厚度相同的亚波长结构，分别为第一亚波长结构、第二亚波长结构和第三亚波长结构；所述介质基底和三个亚波长结构均为矩形且沿电磁波传播方向的宽度相等；所述第一亚波长结构和第三亚波长结构尺寸相同且关于第二亚波长结构对称设置；/n所述单元结构先沿电磁波的电场方向依次排列设置得到重复单元，周期数为m；所述重复单元沿电磁波的磁场方向以间距H的距离固定连接、周期排列设置，周期数为k，即得所述微波超材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料，其特征在于，所述微波超材料由类共面波导传输线结构的单元结构沿电磁波的电场方向和磁场方向周期排列得到；所述单元结构包括介质基底以及位于介质基底表面的三个依次排列、沿电磁波磁场方向厚度相同的亚波长结构，分别为第一亚波长结构、第二亚波长结构和第三亚波长结构；所述介质基底和三个亚波长结构均为矩形且沿电磁波传播方向的宽度相等；所述第一亚波长结构和第三亚波长结构尺寸相同且关于第二亚波长结构对称设置；
所述单元结构先沿电磁波的电场方向依次排列设置得到重复单元，周期数为m；所述重复单元沿电磁波的磁场方向以间距H的距离固定连接、周期排列设置，周期数为k，即得所述微波超材料。


2.如权利要求1所述的类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料，其特征在于，所述介质基底沿电磁波传播方向的宽度为L，沿电磁波电场方向的长度为W，沿电磁波磁场方向的厚度为d1；所述第一亚波长结构沿电磁波电场方向的长度为a，沿电磁波磁场方向的厚度为d2；所述第二亚波长结构沿电磁波电场方向的长度为b；相邻两个亚波长结构的间距为g；其中，L、g、a、W和H均小于λ/2，d1和d2均小于λ/4；其中，λ为工作波长。
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【专利技术属性】
技术研发人员：潘泰松，陈思宏，谷雨，高敏，姚光，林媛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51