CN1321349C - 可调谐层状微波左手材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种层状微波左手材料，特别涉及一种透射带宽、频率和强度可调谐的层状微波左手材料。与以往材料相比，本发明左手材料的结构单元为金属六边形开口谐振环和金属线；由内外环几何参数可以调控结构单元的谐振频率和谐振强度；通过调节结构单元中的开口谐振环的几何参数，即引入缺陷谐振环可以制得可调谐层状微波左手材料。所制备材料的微波透射测试表明，左手材料的透射带宽可达1160MHz，透射峰的频率在8820MHz～9000MHz频段内可调控，透射峰的强度可在-19dB～-38dB范围内变化。
Description
技术领域 本发明涉及一种左手材料，特别涉及一种透射带宽、透射峰频率和强度可调谐的层状微波左手材料。
背景技术 左手材料(left-handed metamaterials)是一种自然界中不存在的人工复合结构材料，在某一频段内介电常数和磁导率同时为负，在其中传播的电磁波的相速度和群速度方向相反，从而呈现出许多新颖的光学特性，如反常Doppler效应、反常Cherenkov效应、完美透镜效应、负折射效应等。因而在无线电通信、超敏感传感器、医学诊断成像等领域有重要的应用价值。目前研究者所设计的实现负磁导率的开口谐振环多为圆形和方形；材料的微波电磁谐振行为，即其微波透射带宽、透射峰频率和强度不可调节，这为其实际应用带来了很大的局限性。
发明内容 本发明的目的是提供一种可调谐层状微波左手材料。其结构单元为金属六边形开口谐振环和金属线。相同几何参数结构单元按照一定的周期排列成层状材料，该材料在开口谐振环的谐振频率附近一频率段内具有左手特性。通过将某些结构单元替换为不同几何参数结构单元，即引入缺陷谐振环而制得透射带宽达1160MHz、透射峰频率在8820MHz～9000MHz范围内可调控、透射峰强度可在-19dB～-38dB范围内变化的可调谐的层状微波左手材料。
附图说明
图1单层可调微波左手材料样品。
图2主谐振环为SRRs(d1/d2＝1.6/3.0mm)，点缺陷分别为空位、SRRs(d1/d2＝1.0/3.4mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/4.6mm)的单层微波左手材料的微波透射曲线。
图3主谐振环为SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)，点缺陷分别为空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.2mm)、SRRs(d1/d2＝1.0/3.4mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/4.0mm)的单层微波左手材料的微波透射曲线。
图4主谐振环为SRRs(d1/d2＝2.0/4.0mm)，点缺陷分别为空位、SRRs(d1/d2＝2.0/2.5mm)的层数为2的微波左手材料的微波透射曲线。
图5主谐振环为SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)，点缺陷分别为空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/3.0mm)的层数为3的微波左手材料的微波透射曲线。
图6主谐振环为SRRs(d1/d2＝1.0/2.6mm)，线缺陷分别为空位、SRRs(d1/d2＝1.0/2.0mm)、SRRs(d1/d2＝1.0/3.0mm)和SRRs(d1/d2＝1.0/4.2mm)的层数为3的微波左手材料的微波透射曲线。
具体实施方式采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出金属铜开口谐振环阵列，其中心间距为3.0～10.0mm，内环的内切圆直径为1.0～3.0mm，外环的内切圆直径为2.0～4.0mm，开口g＝0.1～1.0mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为3.0～10.0mm，长度为0.6～10.0mm，线宽为0.1～0.5mm，厚度为0.01～0.03mm；将某些结构单元中的开口谐振环用空位或不同几何尺寸的谐振环替换，缺陷谐振环的内环内切圆直径为0.6mm～4.0mm，外环内切圆直径为1.0mm～5.0mm，开口间距为0.05mm～0.9mm，线宽为0.1mm～0.5mm，制得各种结构单元。将所制得的金属铜结构单元阵列切割成多个结构单元为一列的条状结构，并将条状PCB基板平行且等间距排列制得层状微波左手材料；调节其条状PCB基板层数为1～10，制得微波透射带宽、透射峰频率和强度可调谐的层状微波左手材料。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：
实施例一：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出金属铜开口谐振环阵列，其中心间距为7.0mm，内外环的内切圆直径分别为1.6mm和3.0mm，开口g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为7.0mm，长度为9.9mm，线宽为1.6mm，厚度为0.02mm；将条中心结构单元中的开口谐振环用空位或不同几何尺寸的谐振环替换，缺陷谐振环的内环内切圆直径为1.0mm，外环内切圆直径分别为3.4mm和4.6mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，制得各种结构单元。将所制得的金属铜结构单元阵列切割成7个结构单元为一列的条状结构，制得微波透射带宽、透射峰频率和强度可调谐的层数为1的微波左手材料。样品的微波透射曲线如附图2所示。
实施例二：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出金属铜开口谐振环阵列，其中心间距为7.0mm，内外环的内切圆直径分别为1.0mm和2.6mm，开口g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为7.0mm，长度为9.9mm，线宽为0.5mm，厚度为0.02mm；将条中心结构单元中的开口谐振环用空位或不同几何尺寸的谐振环替换，缺陷谐振环的内环内切圆直径为1.0mm，外环内切圆直径分别为2.2mm，3.4mm和4.0mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，制得各种结构单元。将所制得的金属铜结构单元阵列切割成7个结构单元为一列的条状结构，制得微波透射带宽、透射峰频率和强度可调谐的层数为1的微波左手材料。样品的微波透射曲线如附图3所示。
实施例三：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出金属铜开口谐振环阵列，其中心间距为7.0mm，内外环的内切圆直径分别为2.0mm和4.0mm，开口g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为7.0mm，长度为9.9mm，线宽为1.6mm，厚度为0.02mm；将条中心结构单元中的开口谐振环用空位或不同几何尺寸的谐振环替换，缺陷谐振环的内环内切圆直径为2.0mm，外环内切圆直径分别为2.5mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，制得各种结构单元。将所制得的金属铜结构单元阵列切割成7个结构单元为一列的条状结构，并将2条PCB基板平行且以间距7.0mm排列制得微波透射带宽、透射峰频率和强度可调谐的层数为2的微波左手材料。样品的微波透射曲线如附图4所示。
实施例四：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出金属铜开口谐振环阵列，其中心间距为7.0mm，内外环的内切圆直径分别为1.0mm和2.6mm，开口g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为7.0mm，长度为9.9mm，线宽为0.5mm，厚度为0.02mm；将所制得的金属铜结构单元阵列切割成7个结构单元为一列的条状结构，将3条PCB基板平行且等间距5mm排列制得层数为3的微波左手材料。将中间条中心结构单元中的开口谐振环用空位或不同几何尺寸的点谐振环替换，缺陷谐振环的内环内切圆直径为1.0mm，外环内切圆直径为2.0mm和3.0mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，制得微波透射带宽、透射峰频率和强度可调谐的层数为3的微波左手材料。样品的微波透射曲线如附图5所示。
实施例五：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出金属铜开口谐振环阵列，其中心间距为7.0mm，内外环的内切圆直径分别为1.0mm和2.6mm，开口g＝0.3mm，线宽为c＝0.3mm，谐振环厚度为0.02mm；在PCB基板另一面刻蚀出平行金属铜线阵列，其中心间距为7.0mm，长度为9.9mm，线宽为0.5mm，厚度为0.02mm；将所制得的金属铜结构单元阵列切割成7个结构单元为一列的条状结构，将3条PCB基板平行且等间距5mm排列制得层数为3的微波左手材料。将每条中心结构单元中的开口谐振环用空位或不同几何尺寸的谐振环替换，缺陷谐振环的内环内切圆直径为1.0mm，外环内切圆直径为2.0mm、3.0mm和4.2mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，制得微波透射带宽、透射峰频率和强度可调谐的层数为3的微波左手材料。样品的微波透射曲线如附图6所示。
Claims (4)
1.一种可调谐层状微波左手材料，该材料的结构单元由金属铜六边形开口谐振环和金属铜线组成，分别位于环氧酚醛玻璃纤维板两表面，其主要特征是开口谐振环由可以产生电磁波谐振的内外金属铜开口环组成，由内外环几何参数的调节实现左手材料的透射带宽、透射峰频率和透射峰强度的可调控性。
2.如权利要求1所述可调谐层状微波左手材料，其特征是金属铜开口谐振环为六边形，内环的内切圆直径为1.0mm～3.0mm，外环的内切圆直径为2.0mm～4.0mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，谐振环厚度为0.02mm。
3.如权利要求1所述可调谐层状微波左手材料，其特征是金属铜线的长度为9.9mm，线宽为0.5mm或1.6mm，厚度为0.02mm。
4.如权利要求1所述可调谐层状微波左手材料制造方法，其过程包括如下步骤：
(1)采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm环氧酚醛玻璃纤维PCB基板两表面上分别刻蚀出金属铜开口谐振环和金属铜线结构单元阵列，结构单元中心间距7.0mm；
(2)将某些结构单元的开口谐振环用空位或不同几何尺寸的谐振环替换，缺陷谐振环的内环内切圆直径为0.6mm～4.0mm，外环内切圆直径为1.0mm～5.0mm，开口间距为0.3mm，线宽为0.3mm，制得各种结构单元；
(3)将所制得的金属铜结构单元阵列切割成多个结构单元为一列的条状结构，并将条状PCB基板平行且等间距排列制得层状微波左手材料；
(4)调节其条状PCB基板层数为1～10，制得透射带宽达1160MHz，透射峰频率在8820MHz～9000MHz范围内可调控，透射峰强度可在-19dB～-38dB范围内变化的左手材料。
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