XIONG WEI (CN)
YE JINCAI (CN)
HE JIAWEI (CN)
ZHANG SHUYUAN (CN)
CHEN JIANGBO (CN)
KUANG-CHI INNOVATIVE TECH LTD (CN)
CN204885448U | 2015-12-16 | |||
CN104764711A | 2015-07-08 | |||
CN202496171U | 2012-10-17 | |||
CN102593596A | 2012-07-18 | |||
US20140266967A1 | 2014-09-18 |
权利要求书 一种超材料, 其特征在于, 所述超材料包括单层超材料层, 所述单层 超材料层包括介质基底、 附着在所述介质基底上的导电几何结构层以 及穿透所述导电几何结构层设置的至少一个通孔单元, 所述通孔单元 包括在平面二维方向并列排布的不同尺寸的两对通孔, 且每个所述通 孔的中心为等间距排布。 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述通孔是不同尺寸的 两对方孔。 根据权利要求 2所述的超材料, 其特征在于, 两对所述方孔的长的取 值范围分别为 240μηι~360μιη以及 160μηι~240μιη, 两对所述方孔的宽 的取值范围均为 40μηι~60μιη。 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述通孔是不同尺寸的 两对圆孔。 根据权利要求 4所述的超材料, 其特征在于, 两对所述圆孔的半径的 取值范围分别为 120μηι~ 180μηι以及 20μηι~30μιη。 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述通孔包括并列排布 的一对方孔和一对圆孔。 根据权利要求 6所述的超材料, 其特征在于, 所述圆孔的通孔半径的 取值范围为 20μηι~30μιη, 所述方孔的长的取值范围为 240μηι~360μιη 且所述方孔的宽的取值范围为 60μηι~240μιη。 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 将每个所述通孔单元以 及所述通孔单元所在的所述导电几何结构层的部分定义为一个导电几 何结构单元, 所述导电几何结构单元的结构周期为 Lx=Ly, 且 Lx与 Ly 的取值范围均为 640~960μηι。 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述导电几何结构层的 面积占所述介质基底的面积的 5<¾~30<¾。 根据权利要求 9所述的超材料, 其特征在于, 所述导电几何结构层的 面积占所述介质基底的面积的 22.69%。 [权利要求 11] 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述导电几何结构层的 厚度为 6μηι至 25μηι。 [权利要求 12] 根据权利要求 11所述的超材料, 其特征在于, 所述导电几何结构层的 厚度为 18μηι。 [权利要求 13] 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述介电基底的厚度为 6 μηι至 75μηι。 [权利要求 14] 根据权利要求 13所述的超材料, 其特征在于, 所述介电基底的厚度为 40μηι° [权利要求 15] 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述导电几何结构层通 过真空层压附着在所述介质基底上。 [权利要求 16] 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述导电几何结构层由 电磁损耗材料制成。 [权利要求 17] 根据权利要求 16所述的超材料, 其特征在于, 所述电磁损耗材料包括 铁氧体。 [权利要求 18] 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述介电基底的材料由 碳制成。 [权利要求 19] 根据权利要求 1所述的超材料, 其特征在于, 所述介电基底是耐燃材 料等级为 FR4的介电基底。 [权利要求 20] 根据权利要求 19所述的超材料, 所述介电基底的介电常数的取值范围 为 3.2~5.2, 损耗正切的取值范围为 0.0032~0.0048。 |
[0001] 本发明涉及电磁通信领域, 更具体地, 涉及一种超材料。
背景技术
[0002] 太赫兹波段 (Terahertz, THz) , 是指频率位于 O.lTHz-lOTHz范围内的电磁波 , 其波长覆盖 3mm-3(Vm, 也被成为 THz辐射、 亚毫米波或者 T射线。 太赫兹在 电磁波谱中处于毫米波和红外之间, 相对于这两个波段, 太赫兹技术发展只有 二三十年吋间, 理论和应用相对滞后, 在电磁波谱中, 也被成为"太赫兹空隙"。 太赫兹技术可以给通信、 天文观测、 雷达探测、 公共安全、 医学成像、 基因检 査等领域带来重要技术革新, 近年来受到了科学界和产业界的极大关注。
技术问题
[0003] 太赫兹技术目前受到太赫兹发生源、 探测器以及功能器件的制约, 尚未得到大 规模应用。 由于太赫兹波长非常短, 导致其器件尺寸相对微波器件而言要小很 多, 是微波器件的百分之几的量级, 因此器件加工困难, 成本高昂。 目前大部 分太赫兹器件都是采用光刻方法得到, 样件尺寸小, 成品率不高, 极大制约了 太赫兹技术的研究和应用。
[0004] 针对相关技术中的问题, 目前尚未提出有效的解决方案。
问题的解决方案
技术解决方案
[0005] 针对现有技术中的太赫兹器件的加工困难, 成本高昂的问题, 本发明提供了一 种包括单层超材料层的超材料。
[0006] 本发明提供的超材料包括单层超材料层, 单层超材料层包括介质基底、 附着在 介质基底上的导电几何结构层以及穿透导电几 何结构层设置的至少一个通孔单 元, 通孔单元包括在平面二维方向并列排布的不同 尺寸的两对通孔, 且每个通 孔的中心为等间距排布。
[0007] 在上述超材料中, 通孔是不同尺寸的两对方孔。 [0008] 在上述超材料中, 两对方孔的长的取值范围分别为 240μηι~360μιη以及 160μηι~2
40μηι, 两对方孔的宽的取值范围均为 40μηι~60μιη。
[0009] 在上述超材料中, 通孔是不同尺寸的两对圆孔。
[0010] 在上述超材料中, 两对圆孔的半径的取值范围分别是 120μηι~180μιη以及 20μηι~ 30μηι。
[0011] 在上述超材料中, 通孔包括一对圆孔和一对方孔。
[0012] 在上述超材料中, 圆孔的通孔半径的取值范围为 20μηι~30μιη, 方孔的长的取值 范围为 240μηι~360μιη且方孔的宽的取值范围为 60μηι~240μιη。
[0013] 在上述超材料中, 将每个通孔单元以及通孔单元所在的导电几何 结构层的部分 定义为一个导电几何结构单元, 导电几何结构单元的结构周期为 Lx=Ly, 且 Lx与 Ly的取值范围均为 640~960μηι。
[0014] 在上述超材料中, 导电几何结构层的面积占介质基底的面积的 5%~30<¾。
[0015] 在上述超材料中, 导电几何结构层的面积占介质基底的面积的 22.69%。
[0016] 在上述超材料中, 导电几何结构层的厚度为 6μηι至 25μηι。
[0017] 在上述超材料中, 导电几何结构层的厚度为 18μηι。
[0018] 在上述超材料中, 介电基底的厚度为 6μηι至 75μηι。
[0019] 在上述超材料中, 介电基底的厚度为 40μηι。
[0020] 在上述超材料中, 导电几何结构层通过真空层压附着在介质基底 上。
[0021] 在上述超材料中, 导电几何结构层由电磁损耗材料制成。
[0022] 在上述超材料中, 电磁损耗材料包括铁氧体。
[0023] 在上述超材料中, 介电基底的材料由碳制成。
[0024] 在上述超材料中, 介电基底是耐燃材料等级为 FR4的介电基底。
[0025] 在上述超材料中, 介电基底的介电常数的取值范围为 3.2~5.2, 损耗正切的取值 范围为 0.0032~0.0048。
发明的有益效果
有益效果
[0026] 本发明提供的超材料是利用在同一层电磁损耗 材料上的不同尺寸的具有电磁耗 损材料的微结构, 通过不同微结构的耦合叠加来调节微结构结构 参数, 以此在 太赫兹范围内实现多谐振或者宽谐振。 同吋, 单层超材料层构成的超材料具有 重量轻、 价格低廉、 易于加工的优势, 相比多层材料的设计, 能够节省成本, 从而有效地解决了现有技术中的太赫兹器件的 加工困难, 成本高昂的问题, 更 加具有实际应用价值。
对附图的简要说明
附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案, 下面将对实施例中 所需要使用的附图作简单地介绍, 显而易见地, 下面描述中的附图仅仅是本发 明的一些实施例, 对于本领域普通技术人员来讲, 在不付出创造性劳动的前提 下, 还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028] 图 1A是根据本发明的实施例 1的超材料是单层混合型电磁损耗材料方孔材 的 结构示意图;
[0029] 图 1B是图 1A中的超材料沿着穿过方孔的直线而获取的截 图。
[0030] 图 2A是根据本发明的实施例 2的超材料是单层混合型电磁损耗材料圆孔材 的 结构示意图;
[0031] 图 2B是图 2A中的超材料沿着穿过圆孔的直线而获取的截 图。
[0032] 图 3A是根据本发明的实施例 2的超材料是单层混合型电磁损耗材料圆孔方 结 合材料的结构示意图;
[0033] 图 3B是图 3A中的超材料沿着穿过方孔的直线而获取的截 图。
本发明的实施方式
[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图, 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述, 显然, 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例, 而不是全部 的实施例。 基于本发明中的实施例, 本领域普通技术人员所获得的所有其他实 施例, 都属于本发明保护的范围。
[0035] 本发明提供了一种超材料, 包括单层超材料层, 该单层超材料层包括介质基底 、 附着在介质基底上的导电几何结构层以及穿透 导电几何结构层设置的至少一 个通孔单元, 该通孔单元包括在平面二维方向并列排布的不 同尺寸的两对通孔 , 且每个所述通孔的中心为等间距排布, 即四个通孔处于同一个正方形的四个 顶点上。 本发明提供的超材料为单层混合型结构电磁损 耗型太赫兹材料, 通过 利用不同尺寸的导电几何结构相结合, 通过调节导电几何结构参数, 来实现多 谐振频率。
[0036] 在优选的实施例中, 两对通孔的通孔中心分别处于同一个正方形的 四个顶点上 。 在优选的实施例中, 两对通孔是并列排布的不同尺寸的两对方孔, 两对方孔 的长的取值范围分别为 240μηι~360μιη以及 160μηι~240μιη, 两对方孔的宽的取值 范围均为 40μηι~60μιη, 优选地, 两对方孔的尺寸分别是 300μηιχ50μιη以及 200μηι χ50μηι。 在一些优选实施例中, 两对通孔是并列排布的不同尺寸的两对圆孔, 两 对圆孔的半径的取值范围分别是 120μηι~180μιη以及 20μηι~30μιη, 优选地, 两对 圆孔的半径分别是 150μηι以及 25μηι。 在另一些优选实施例中, 两对通孔是并列 排布的一对方孔和一对圆孔, 其中, 圆孔的通孔半径的取值范围为 20μηι~30μιη , 方孔的长的取值范围为 240μηι~360μιη且方孔的宽的取值范围为 60μηι~240μιη , 优选地圆孔的通孔半径为 25μηι, 方孔的半径尺寸为 300μηι><50μιη。 其中, 在 上述各个实施例中, 每对通孔中的两个通孔都具有相同的尺寸。
[0037] 在优选的实施例中, 将每个通孔单元以及通孔单元所在的导电几何 结构层的部 分定义为一个导电几何结构单元, 导电几何结构单元的结构周期优选为 Lx=Ly=8 00μηι。 在优选的实施例中, 导电几何结构层的占空比为 5%~30<¾, 即, 导电几 何结构层的面积占介质基底面积的 5%~30<¾, 优选地, 导电几何结构层的占空比 为 22.69%, 使得超材料能够更好的实现对谐振峰的调节。 在优选的实施例中, 导电几何结构层的厚度为 6μηι至 25μηι, 优选地, 导电几何结构层的厚度为 18μηι , 使得超材料能够更好的实现对谐振峰的调节。 在优选的实施例中, 介电基底 的厚度为 6μηι至 25μηι, 优选地, 介电基底的厚度为 20μηι, 使得超材料可以在太 赫兹范围内实现电磁调制功能。
[0038] 在优选的实施例中, 导电几何结构层通过真空层压附着在介质基底 上。 在优选 的实施例中, 导电几何结构层由电磁损耗材料制成, 该电磁损耗材料包括铁氧 体。 在优选的实施例中, 介电基底的材料由碳制成。 介电基底是耐燃材料等级 为 FR4介电基底, 在优选的实施例中, 介电基底的介电常数的取值范围为 3.2~5.2 , 损耗正切的取值范围为 0.0032~0.0048。
[0039] 本发明的所提供的超材料的有益效果至少在于 以下 (1) 至 (3) :
[0040] (1) 本发明提供的超材料是一种太赫兹波段单层混 合结构材料, 可以实现不 同结构产生的谐振峰的叠加, 扩展带宽。
[0041] (2) 本发明提供的超材料是一种阻抗材料, 可以通过电磁损耗材料结构的类 型和占空比实现对谐振峰的调节。
[0042] (3) 本发明提供的超材料, 在 0.1-lOTHz内, 获得电磁调制功能。
[0043]
[0044] 实施例 1
[0045] 图 1A是根据本发明一具体实施例的超材料是单层 合型电磁损耗材料方孔材料 的结构示意图, 图 1B是该超材料的沿着穿过方孔的直线而截取的 面图。 如图 1 和图 1B所示, 该超材料包括单层超材料层, 该单层超材料层包括: FR4介质基底 3, 介质基底厚度 d为 20μηι且包含碳; 通过真空层压附着在介质基底 3上的导电几 何结构层 4, 导电几何结构层厚度 h为 6μηι, 占空比为 5%; 以及穿透导电几何结 构层 4设置的至少一个通孔单元, 该通孔单元包括并列排布的不同尺寸的两对方 孔, 即一对第一方孔 1和一对第二方孔 2, 且两对方孔的中心处于同一个正方形 的四个顶点上, 即每个通孔的中心为等间距排布, 第一方孔 1和第二方孔 2的尺 寸分别是 300μηιχ50μιη以及 200μηιχ50μιη, 其中, 将每个所述通孔单元以及所述 通孔单元所在的所述导电几何结构层的部分定 义为一个导电几何结构单元, 所 述导电几何结构单元的结构周期为 Lx=Ly=80(Vm, 同吋导电几何结构层由包括 铁氧体的电磁损耗材料制成, 该介电基底的介电常数为 4.3, 损耗正切为 0.004。
[0046] 实施例 2
[0047] 如图 2A和图 2B所示, 超材料包括单层超材料层, 该单层超材料层包括: 介质 基底 3, 介质基底厚度 d为 75μηι且包含碳; 通过真空层压附着在介质基底 3上的导 电几何结构层 4; 导电几何结构层 4, 导电几何结构层厚度 h为 25μηι, 占空比为 30 %; 以及穿透导电几何结构层 4设置的至少一个通孔单元, 该通孔单元包括并列 排布的不同尺寸的两对圆孔, 即, 一对第一圆孔 5和一对第二圆孔 6, 且两对圆 孔的通孔中心分别处于同一个正方形的四个顶 点上, 同吋上述两对圆孔的半径 分别是 150μηι以及 25μηι, 其中, 导电几何结构单元的结构周期为 Lx=Ly=800mm , 同吋导电几何结构层由包括铁氧体的电磁损耗 材料制成, 该介电基底的介电 常数为 4.3, 损耗正切为 0.004。
[0048] 实施例 3
[0049] 如图 3A和图 3B所示, 一种超材料包括单层超材料层, 该单层超材料层包括: 介质基底 3, 介质基底厚度 d为 50um且包含碳; 通过真空层压附着在介质基底 3上 的导电几何结构层 4, 导电几何结构层厚度 h为 20μηι, 占空比为 20% ; 以及穿透 导电几何结构层 4设置的至少一个通孔单元, 该通孔单元包括并列排布的一对第 三方孔 7和一对第三圆孔 8, 且两对通孔的中心分别处于同一个正方形的四 个顶 点上, 第三方孔 7的尺寸是 300μηι><50μιη, 第三圆孔 8的半径为 25μηι, 其中, 导 电几何结构单元的结构周期为 Lx=Ly=800mm, 同吋导电几何结构层由包括铁氧 体的电磁损耗材料制成, 该介电基底的介电常数为 4.3, 损耗正切为 0.004。
[0050] 实施例 4
[0051] 一种超材料包括单层超材料层, 该单层超材料层包括厚度为 40um且包含碳的 介质基底、 通过真空层压附着在介质基底上的导电几何结 构层以及穿透厚度为 1 8μηι且占空比为 22.69%的导电几何结构层设置的至少一个通孔单 元, 该通孔单元 包括并列排布的不同尺寸的两对方孔, 且两对通孔的通孔中心分别处于同一个 正方形的四个顶点上, 同吋上述两对方孔的尺寸分别是 300μηι><50μιη以及 200μηι χ50μηι, 其中, 导电几何结构单元的结构周期为 Lx=Ly=800mm, 同吋导电几何 结构层由包括铁氧体的电磁损耗材料制成, 该介电基底的介电常数为 4.3, 损耗 正切为 0.004。
[0052] 实施例 5
[0053] 一种超材料包括单层超材料层, 该单层超材料层包括厚度为 6um且包含碳的介 质基底、 通过真空层压附着在介质基底上的导电几何结 构层以及穿透厚度为 20μ m且占空比为 22.69%的导电几何结构层设置的至少一个通孔单 元, 该通孔单元包 括并列排布的不同尺寸的两对方孔, 且两对通孔的通孔中心分别处于同一个正 方形的四个顶点上, 同吋上述两对方孔的尺寸分别是 300μηι><50μιη以及 20(Vmx5 Ομηι, 其中, 导电几何结构单元的结构周期为 Lx=Ly=800mm, 同吋导电几何结 构层由包括铁氧体的电磁损耗材料制成, 该介电基底的介电常数为 4.3, 损耗正 切为 0.004。
[0054] 本领域技术人员应当理解, 本发明所提供的通孔的单元的实施例并不限于 实施 例中所列举的通孔的组合和尺寸。
[0055] 本发明的超材料是利用在同一层电磁损耗材料 上的不同尺寸的具有电磁耗损材 料的微结构, 通过不同微结构的耦合叠加来调节微结构结构 参数, 以此在太赫 兹范围内实现多谐振或者宽谐振。 同吋, 单层超材料层构成的超材料具有重量 轻、 价格低廉、 易于加工的优势, 相比多层材料的设计, 能够节省成本, 从而 有效地解决了现有技术中的太赫兹器件的样件 尺寸小, 成品率不高的问题, 更 加具有实际应用价值。
[0056] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已, 并不用以限制本发明, 凡在本发明的 精神和原则之内, 所作的任何修改、 等同替换、 改进等, 均应包含在本发明的 保护范围之内。