单层金属化并且无过孔的超材料结构制造技术

本发明专利技术提供了一种基于超材料结构的技术和装置，提供了天线和传输线装置，包括单层金属化并且无过孔的超材料结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单层金属化并且无过孔的超材料结构 优先权声明和相关申请本申请要求以下美国临时专利申请的优先权1. )ψ 60/979, 384,丰示 H % "Single-Layer Metallization and Via-LessMetamaterial Structures and Antennas，，,于 2007 年 10 月 11 日提交；2.序号 60/987, 750,标题为"Antennas for Cell Phones, PDAs and MobileDevices Based on Composite Right-Left Handed(CRLH)Metamaterial",于 2007 年11月13日提交；3.序号 61/024,876，标题为"Antennas for Mobile Communication DevicesBased on Composite Right-Left Handed(CRLH)Metamaterials",于 2008 年 1 月 30日提交；4.序号 61/091, 203,标题为“Metamaterial Antenna Structures withNon-Linear Coupling Geometry，，，于 2008 年 8 月 22 日提交。以上申请的公开内容通过引用结合在本文中，作为本申请说明的一部分。
技术介绍
本申请涉及一种超材料(metamaterial)结构。电磁波在大多数材料中的传播服从(Ε，Η，β )向量场的右手定则，其中，E是电场， H是磁场，并且β是波矢量。相速度方向和信号能量传播(群速度)方向相同，折射率是正 数。这样的材料是“右手”(RH)的。大多数自然材料是RH材料。人工材料也可以是RH材 料。超材料(MTM)具有人工结构。当被设计成具有比超材料所传导的电磁能量波长更 短的结构平均单位单元(unit cell)尺寸ρ时，超材料对于所传导的电磁能量可表现为均 质介质。和RH材料不一样，超材料可以展示出负折射率，介电常数ε和磁导率μ同时为 负，并且相速度方向与信号能量传播方向相反，其中，(Ε，Η，β)向量场的相对方向遵循左手 定则。仅支持负折射率并且介电常数ε和磁导率μ同时为负的超材料是纯“左手”(LH) 超材料。很多超材料是LH超材料和RH材料的混合体，因此是复合左右手(CRLH)超材 料。CRLH超材料在低频可以表现得像LH超材料，而在高频表现得像RH材料。例如，在 Caloz 禾口 Itoh 胃 StJ "ElectromagneticMetamaterials Transmission Line Theory and Microwave Applications”，Johnffiley&Sons (2006)，中描述了各种 CRLH 超材料的设计和 特性。Tatsuo Itoh 在 Electronics Letters，第 40 卷，No. 16 (2004 年 8 月)的 “Invited paper =Prospectsfor MetamaterialS”中描述了 CRLH超材料及其在天线中的应用。可以构造和设计CRLH超材料，使其展现出为特定应用定制的电磁特性，并且可将 其用于对于其它材料而言困难、不现实、不能实行的那些应用中。此外，可以使用CRLH超材 料来开发用RH材料无法开发的新应用，构造用RH材料无法构造的新设备。8
技术实现思路
为天线和传输线设备配备的基于超材料结构的技术和装置包括单层金属化并且 无过孔(via-less)的超材料结构。一方面，超材料设备包括具有第一表面和与第一表面不同的第二表面的电介质基 底；以及在第一表面上形成的金属化层，其图案被设计为具有两个或更多个导电部件，以在 第一表面上形成单层复合左右手(CRLH)超材料结构。另一方面，超材料设备包括具有第一表面和与第一表面不同的第二表面的电介质 基底；在第一表面上形成的第一金属化层；以及在第二表面上形成的第二金属化层。第一 和第二金属化层的图案被设计成具有两个或更多个导电部件，以形成包括单位单元的复合 左右手(CRLH)超材料结构，其中，单位单元中没有穿透电介质基底以连接第一金属化层和 第二金属化层的导电过孔。再一方面，超材料设备包括具有第一表面和与第一表面不同的第二表面的电介质 基底；第一表面上的单元贴片(patch)；与单元贴片隔开并位于第一表面上的顶部地电极； 第一表面上的顶部过孔线，其第一端连接到单元贴片，第二端连接到顶部地电极；在第一表 面上的单元贴片下方的第二表面上形成的单元发射台(launch)，其通过基底与单元贴片电 磁耦合，从而无需经由穿透基底的导电过孔与单元贴片直接连接，即可向单元贴片传送和 从其接收信号；以及第二表面上形成的底部馈线，其连接到单元发射台，以向单元发射台传 送和从其接收信号。单元贴片、顶部地电极、顶部过孔线、单元发射台和底部馈线形成复合 左右手(CRLH)超材料结构。在附图、详细说明和权利要求书中具体描述了这些和其它方面以及实施方式，及 其各种变化。附图说明图1示出基于四个单位单元的一维CRLH MTM TL(传输线)的一个例子；图2示出图1所示一维CRLH MTM TL的等效电路；图3示出图1所示一维CRLH MTM TL的等效电路的另一种表示；图4A示出图2所示一维CRLH TL等效电路的双端口网络矩阵表示；图4B示出图3所示一维CRLH TL等效电路的另一种双端口网络矩阵表示；图5示出基于四个单位单元的一维CRLH MTM天线的一个例子；图6A示出与图4A所示传输线情况类似的一维CRLH天线等效电路的双端口网络 矩阵表示；图6B示出与图4B所示传输线情况类似的一维CRLH天线等效电路的另一种双端 口网络矩阵表示；图7A示出平衡情况的频散曲线的一个例子；图7B示出非平衡情况的频散曲线的一个例子；图8示出基于四个单位单元具有被截切的接地部的一维CRLH MTM TL的一个例 子；图9示出了图8所示的具有被截切的接地部的一维CRLH MTM TL的等效电路；图10示出基于四个单位单元的具有被截切的接地部的一维CRLH MTM天线的一个9例子；图11示出基于四个单位单元的具有被截切的接地部的一维CRLH MTMTL的另一例 子；图12示出了图11所示的具有被截切的接地部的一维CRLH MTM TL的等效电路；图13(a)_13(c)分别示出单个单元的SLM(单层金属化)MTM天线结构的三维视 图、顶层的顶视图和侧视图；图14(a)示出图13 (a)-13(c)所示单个单元的SLM MTM天线的模拟回波损耗；图14 (b)示出图14所示的双单元SLM MTM天线的模拟回波损耗；图14(c)示出如图13(a)_13(c)所示的制造的单个单元的SLM MTM天线的测量出 的回波损耗；图15示出双单元SLM MTM天线的一个例子的三维视图；图16 (a)示出图15所示双单元SLM MTM天线的模拟输入阻抗；图16 (b)示出图15所示双单元SLM MTM天线的模拟输入阻抗；图17示出三单元MTM TL的一个例子；图18示出如图17所示三单元MTM TL的模拟回波损耗；图19 (a)和19 (b)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料设备，包括：具有第一表面和第二表面的电介质基底，所述第二表面是与所述第一表面不同的表面；以及在所述第一表面上形成的金属化层，其图案被设计为具有两个或更多个导电部件，以在所述第一表面上形成单层复合左右手（ＣＲＬＨ）超材料结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿杰伊古马拉，马哈阿乔尔，李成江，瓦尼特帕萨克，格雷戈里波伊拉斯尼，
申请(专利权)人：雷斯潘公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]