[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。