一种人工电磁材料制造技术

本发明专利技术涉及一种人工电磁材料，包括至少一个人工电磁材料片层，每个人工电磁材料片层包括两块相对的基板和附着在两块基板之间的至少一个人造微结构，每个人造微结构包括第一人造微结构和第二人造微结构，第一人造微结构包括共交点的四个支路，任一支路的一端与交点相连，另一端为自由端，支路包括至少一个弯折部，任一支路以交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合；第二人造微结构包括相互正交的工字形结构，交点为工字形结构的中点，在工字形结构的连接线上还成对设置有至少两个关于交点对称的线段。该材料在一定的频段内具有较高的介电常数且在另一频段内具有由零开始逐渐增大的介电常数分布，可以满足特定场合的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种人工电磁材料
本专利技术涉及一种新材料，更具体地说，涉及一种人工电磁材料。
技术介绍
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。由于人造微结构通常是由导电材料排布成的具有一定几何图案的结构，因此能够对电磁波产生响应，从而使人工电磁材料整体体现出不同于基板的电磁特性。介电常数是以绝缘材料为介质与以真空为介质制成同尺寸电容器的电容量之比值，其表示在单位电场中，单位体积内积蓄的静电能量的大小。介电常数表征电介质极化并储存电荷的能力。如果有高介电常数的材料放在电场中，电场的强度会在电介质内有可观的下降。在高介电常数材料中，电磁波波长很短，可以大大缩小射频及微波器件的尺寸。现有的材料绝大多数介电常数的变化范围都很小。现有的人工电磁材料通常采用工字形的人造微结构，具有这种结构的人工电磁材料其介电常数分布通常在关注的频率段内只产生一次谐振，图1为具有工字形人造微结构的人工电磁材料其介电常数的仿真结果，可以看出它的介电常数变化范围比较小，且通常都是从一个比较大的值开始变化，在低损耗的情况下介电常数通常大于10。在某些应用场合，比如大规模集成电路以及天线制造中，需要从零开始变化的介电常数，普通材料一般都不满足。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种人工电磁材料，该材料在一定的频段内具有较高的介电常数且在另一频段内具有由零开始逐渐增大的介电常数分布。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种人工电磁材料，包括至少一个人工电磁材料片层，每个人工电磁材料片层包括两块相对的基板和附着在所述两块基板之间的至少一个人造微结构，每个人造微结构包括第一人造微结构1和第二人造微结构2，所述第一人造微结构1包括共交点的四个支路，任一所述支路的一端与所述交点相连，另一端为自由端，所述支路包括至少一个弯折部，任一所述支路以所述交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合；所述第二人造微结构2包括相互正交的工字形结构，交点为工字形结构的中点，工字形结构包括两相互平行的线段和连接两平行线段的连接线，在工字形结构的连接线上还成对设置有至少两个关于交点对称的线段；所述第一人造微结构的弯折部弯折为圆角或尖角。在本专利技术的优选实施方式中，所述第一人造微结构的弯折部弯折为直角。在本专利技术的优选实施方式中，所述第一人造微结构的弯折部弯折为圆角。在本专利技术的优选实施方式中，所述第一人造微结构的弯折部弯折为尖角。在本专利技术的优选实施方式中，所述第一人造微结构的任一支路的自由端连接有一线段。在本专利技术的优选实施方式中，所述第一人造微结构的任一支路的自由端与所述线段的中点相连。在本专利技术的优选实施方式中，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻附着于所述基板上。在本专利技术的优选实施方式中，所述基板为陶瓷材料。在本专利技术的优选实施方式中，所述基板为高分子材料或者聚四氟乙烯。在本专利技术的优选实施方式中，所述基板为铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料。实施本专利技术所述一种人工电磁材料，具有以下有益效果：该材料在一定的频段内具有较高的介电常数且在另一频段内具有由零开始逐渐增大的介电常数分布，可以满足特定场合的应用。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是现有技术中人造微结构为工字形结构的人工电磁材料的介电常数特性曲线仿真示意图；图2是实施例所示的一个人工电磁材料片层的拆分结构示意图；图3是图2中一个人造微结构的结构示意图；图4是与图3具有相同形状但是不同尺寸的人造微结构的结构示意图；图5是当人造微结构为图3时人工电磁材料的介电常数特性曲线仿真示意图；图6是当人造微结构为图4时人工电磁材料的介电常数特性曲线仿真示意图；图7是人造微结构中的第一人造微结构的结构示意图；图8是人造微结构中的第二人造微结构的结构示意图；图9是第一人造微结构的可能结构示意图。具体实施方式实施例一本实施例提供一种新型人工电磁材料，包括一个人工电磁材料片层，当然也可以包括两个或者两个以上的人工电磁材料片层，当具有多个人工电磁材料片层时，这些人工电磁材料片层沿垂直于其表面的方向叠加，并通过机械连接、焊接或者粘合等方式组装成一体。如图2所示，每个人工电磁材料片层包括两块相对的基板和附着在所述两块基板之间的多个人造微结构，每个人造微结构包括第一人造微结构1和第二人造微结构2。第一人造微结构1包括共交点的四个支路，任一所述支路的一端与所述交点相连，另一端为自由端，任一支路包括多个直角弯折部，支路的自由端连接有一线段，且自由端与线段的中点相连，任一所述支路以所述交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合；第二人造微结构2包括相互正交的工字形结构，交点为工字形结构的中点，在每个工字形结构的连接线上还成对设置有四个关于交点对称的线段。每个人工电磁材料片层的人造微结构采用线宽为0.1毫米厚度为0.018毫米的铜线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等方式附着于一块基板的表面，当然也可以采用其他导电材料；相邻基板通过机械连接、焊接或者粘合等方式组装成一体。将该基板虚拟地划分成多个完全相同的相互紧挨着的柱状基板单元，设计基板单元的尺寸为8毫米×4毫米×0.4毫米，第一人造微结构中各部分的尺寸如图7分别是：a＝3.5毫米、b＝1.6毫米、c＝3.1毫米、d＝2.5毫米、e＝2.1毫米、f＝1毫米、g＝1.9毫米，其中a、b、c、d、e和f所标注的线段中相邻线段之间的线距是0.1毫米；第二人造微结构中各部分的尺寸如图8分别是：A＝3.5毫米、B＝1.5毫米、C＝1.3毫米、D＝1.4毫米，A、B和C标注的三根线段中相邻线段之间的线距为0.1毫米，第一人造微结构1和第二人造微结构2在基板上的排布如图3所示。电磁波通过该人工电磁材料时对应的介电常数特性仿真图如图5所示，由图5中的实线可知，该材料在一定的频段内(1GHz～3GHz)具有较高的介电常数，而且其介电常数在一定的频段内(5.5GHz～7.5GHz)由零逐渐增加到121，由图中对应的虚线可知在上述频段内介电常数的虚部接近零，因此损耗较低，所以该材料适宜应用在大规模集成电路以及天线制造等领域中。实施例二与实施例一的区别是：第二人造微结构2尺寸变小了A＝2.2毫米、B＝0.8毫米、C＝0.6毫米、D＝1.4毫米，A、B和C标注的三根线段相邻线段之间的线距为0.1毫米，第一人造微结构1和第二人造微结构2在基板上的排布如图4所示。电磁波通过该人工电磁材料时对应的介电常数特性仿真图如图6所示，由图6中的实线可知，该材料在一定的频段内(1GHz～3.2GHz)具有较高的介电常数，而且其介电常数在一定的频段内(5.7GHz～9.2GHz)由零逐渐增加到118，由图中对应的虚线可知在上述频段内介电常数的虚部接近零，因此损耗也较低。当在其他频段内需要用到介电常数从零开始变化的特性时，可以通过改变基板单元的尺寸或者第一人造微结构尺寸或者第二人造微结构的尺寸来实现，减小尺寸谐振峰后移，尺寸变大谐振峰前移。上面结合附图对本专利技术的实施例进行了描述，但是本专利技术并不局限于上述的具体实施方式，上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工电磁材料，包括至少一个人工电磁材料片层，每个人工电磁材料片层包括两块相对的基板和附着在所述两块基板之间的至少一个人造微结构，其特征在于，每个人造微结构包括第一人造微结构和第二人造微结构，所述第一人造微结构包括共交点的四个支路，任一所述支路的一端与所述交点相连，另一端为自由端，所述支路包括至少一个弯折部，任一所述支路以所述交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合；所述第二人造微结构包括相互正交的工字形结构，交点为工字形结构的中点，在工字形结构的连接线上还成对设置有至少两个关于交点对称的线段。

【技术特征摘要】
1.一种人工电磁材料，包括至少一个人工电磁材料片层，每个人工电磁材料片层包括两块相对的基板和附着在所述两块基板之间的至少一个人造微结构，其特征在于，每个人造微结构包括第一人造微结构和第二人造微结构，所述第一人造微结构包括共交点的四个支路，任一所述支路的一端与所述交点相连，另一端为自由端，所述支路包括至少一个弯折部，任一所述支路以所述交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合；所述第二人造微结构包括相互正交的工字形结构，交点为工字形结构的中点，工字形结构包括两相互平行的线段和连接两平行线段的连接线，在工字形结构的连接线上还成对设置有至少两个关于交点对称的线段；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，栾琳，寇超锋，叶金财，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：