專利名稱：一種人工電磁材料及使用該材料的濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有高介電常數(shù)的人工電磁材料以及使用該材料的濾波器。
背景技術(shù)：
介電常數(shù)是材料對電場響應(yīng)的一個參數(shù)，材料在外加電場時會產(chǎn)生感應(yīng)電荷而削弱電場，原真空中的外加電場與最終材料中電場的比值即為介電常數(shù)。自然界中，任何一種材料在特定的條件下，都有它特定的介電常數(shù)值或者介電常數(shù)曲線。介電常數(shù)較高的材料放在電場中，電場的強度會在電介質(zhì)材料內(nèi)有可觀的下降。在高介電常數(shù)材料中，電磁波波長很短，可以大大縮小射頻及微波器件的尺寸。隨著技術(shù)日新月異的發(fā)展，人們對材料的應(yīng)用要求越來越高，在某些場合，所需要的介電常數(shù)值遠高于自然界已有的材料的介電常數(shù)值，現(xiàn)有的介電常數(shù)較高的介電絕緣體也不能達到要求，這將給技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)造成瓶頸。因此，人們轉(zhuǎn)向人工制造的人工電磁材料。濾波器是無線電技術(shù)中的常見器件之一，被廣泛應(yīng)用于通訊、雷達、導航、電子對抗、衛(wèi)星、測試儀表等電子設(shè)備中。濾波器具有諧振腔，濾波器的體積主要取決于諧振腔的個數(shù)和容積。而微波諧振腔的諧振頻率取決于該腔的容積，一般來說，諧振腔容積越大諧振頻率越低，諧振腔容積越小諧振頻率越高，因此如何實現(xiàn)在不增大諧振腔尺寸的情況下降低諧振腔的諧振頻率對于濾波器的小型化具有重要的意義。通過在諧振腔內(nèi)設(shè)置具有高介電常數(shù)的諧振子，能夠在不改變諧振腔的體積的條件下有效降低諧振腔的諧振頻率，有利于濾波器的小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種具有高介電常數(shù)人工電磁材料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種人工電磁材料，包括至少一個人工電磁材料片層，每個所述人工電磁材料片層包括基板和附著在所述基板上的金屬微結(jié)構(gòu)，所述金屬微結(jié)構(gòu)包括在實心圓形金屬片上蝕刻掉至少一條具有一定寬度過圓心的直線后得到的多個扇形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述金屬微結(jié)構(gòu)還包括與所述實心圓形金屬片共圓心的多個弧形面結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述弧形面由在所述實心圓形金屬片上蝕刻掉具有一定寬度的圓環(huán)和過圓心的直線后形成。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述被蝕刻掉的過圓心的直線等分所述實心圓形金屬片。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述基板為陶瓷材料、FR_4(玻璃纖維環(huán)氧樹脂)、F4B(聚四氟乙烯玻璃布)、樹脂基復合材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。本發(fā)明還提供了一種使用上述人工電磁材料的濾波器，該濾波器包括諧振腔和位于諧振腔內(nèi)部的諧振子，所述諧振子為人工電磁材料，該人工電磁材料包括至少一個人工電磁材料片層，每個所述人工電磁材料片層包括基板和附著在所述基板上的金屬微結(jié)構(gòu)， 所述金屬微結(jié)構(gòu)包括在實心圓形金屬片上蝕刻掉至少一條具有一定寬度過圓心的直線后得到的多個扇形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述金屬微結(jié)構(gòu)還包括與所述實心圓形金屬片共圓心的多個弧形面結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述弧形面由在實心圓形金屬片上蝕刻掉具有一定寬度的圓環(huán)和過圓心的直線后形成。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述被蝕刻掉的過圓心的直線等分所述實心圓形金屬片。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述基板為陶瓷材料、FR-4、F4B、樹脂基復合材料、 鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。實施本發(fā)明具有以下有益效果通過在基板上設(shè)置金屬微結(jié)構(gòu)使得人工電磁材料具有較高的介電常數(shù)，將該人工電磁材料應(yīng)用在濾波器中有利于濾波器的小型化。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖I是本發(fā)明實施例中提到的一種金屬微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是包含圖I所示金屬微結(jié)構(gòu)且具有一個人工電磁材料片層的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示人工電磁材料的介電常數(shù)特性仿真示意圖；圖4至圖7是金屬微結(jié)構(gòu)的可能結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本實施例提供一種人工電磁材料如圖2所示，包括一個人工電磁材料片層；當然也可以包括多個人工電磁材料片層，當具有多個人工電磁材料片層時，相鄰人工電磁材料片層沿垂直于其上下表面的方向可以通過機械連接、焊接或者在相鄰的人工電磁材料片層之間填充可連接二者的物質(zhì)將兩者粘合等方式組裝成一體。如圖2所示，本實施例中人工電磁材料片層包括基板I和附著在基板表面的多個金屬微結(jié)構(gòu)，每個人工電磁材料片層被虛擬地劃分為多個陣列排布的人工電磁材料單元， 如圖2中虛線所示，每個人工電磁材料單元上附著一個金屬微結(jié)構(gòu)2，每個金屬微結(jié)構(gòu)2是在實心圓形金屬片上蝕刻掉具有一定寬度的圓環(huán)和過圓心的直線后得到的結(jié)構(gòu)，如圖I所示，該金屬微結(jié)構(gòu)為在直徑是2. 9mm實心銅片上蝕刻掉三根過圓心的寬度為O. 2mm的直線和一個內(nèi)徑為I. 4mm寬度為O. Imm的圓環(huán)后得到的結(jié)構(gòu)；三根被蝕刻掉的直線等分圓周；即金屬微結(jié)構(gòu)由八個扇形3和八個弧形面4構(gòu)成。如圖2所示，每個人工電磁材料單元的尺寸aXa為3mmX3mm，基板的厚度為 O. 8mm，基板的材質(zhì)為介電常數(shù)為35的陶瓷。圖3是對本實施例中的人工電磁材料進行仿真得到的介電常數(shù)特性曲線示意圖，由圖3可知，在O. IGHz I. 5GHz頻段內(nèi)該人工電磁材料的介電常數(shù)都大于200，相對于純陶瓷材料，該人工電磁材料的介電常數(shù)得到了大幅提高，如在O. 830GHz時對應(yīng)的介電常數(shù)是204. 26，為基板介電常數(shù)的5. 836倍。同時該人工電磁材料的電磁損耗沒有明顯增加。當然上述金屬微結(jié)構(gòu)也可以為其他導電材料；基板也不限于陶瓷材料，也可以采用FR-4、F4B、樹脂基復合材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。金屬微結(jié)構(gòu)通過蝕刻的方式附著在基板上，當然金屬微結(jié)構(gòu)也可以采用電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在基板上。本發(fā)明還提供了一種使用上述人工電磁材料的濾波器，該濾波器包括諧振腔和位于諧振腔內(nèi)的諧振子，其中的諧振子采用本實施例中的人工電磁材料。由于本實施例中的人工電磁材料具有較高的介電常數(shù)，所以采用該人工電磁材料的諧振子有利于實現(xiàn)濾波器的小型化。通過改變介質(zhì)基板中基板的層數(shù)、金屬微結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸等方式，可以進一步調(diào)整和提高介質(zhì)基板的介電常數(shù)，使其滿足特殊場合對高介電常數(shù)的需求。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下還可做出很多變形。比如金屬微結(jié)構(gòu)可以是在實心圓形金屬片上只蝕刻掉至少一根過圓心的直線，如圖4 和圖5所不；過圓心的直線可以為等分圓周(如圖4和圖7所不)也可以不是等分圓周，圖 5和圖6所示的金屬微結(jié)構(gòu)被蝕刻掉的三根過圓形的直線不等分圓周；被蝕刻掉的過圓心的直線的寬度與被蝕刻掉的圓環(huán)的寬度可以不相等也可以相等，如圖6和圖7所示；金屬微結(jié)構(gòu)不限于分布在基板的一個面上，金屬微結(jié)構(gòu)可以附著在基板正反兩個面上，也可以是位于兩個基板之間，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種人工電磁材料，包括至少一個人工電磁材料片層，每個所述人工電磁材料片層包括基板和附著在所述基板上的金屬微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬微結(jié)構(gòu)包括在實心圓形金屬片上蝕刻掉至少一條具有一定寬度過圓心的直線后得到的多個扇形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工電磁材料，其特征在于，所述金屬微結(jié)構(gòu)還包括與所述實心圓形金屬片共圓心的多個弧形面結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人工電磁材料，其特征在于，所述弧形面由在所述實心圓形金屬片上蝕刻掉具有一定寬度的圓環(huán)和過圓心的直線后形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一所述的人工電磁材料，其特征在于，所述被蝕刻掉的過圓心的直線等分所述實心圓形金屬片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一所述的人工電磁材料，其特征在于，所述基板為陶瓷材料、 FR-4、F4B、樹脂基復合材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。
6.一種濾波器，包括諧振腔和位于諧振腔內(nèi)部的諧振子，其特征在于，所述諧振子為人工電磁材料,該人工電磁材料包括至少一個人工電磁材料片層,每個所述人工電磁材料片層包括基板和附著在所述基板上的金屬微結(jié)構(gòu)，所述金屬微結(jié)構(gòu)包括在實心圓形金屬片上蝕刻掉至少一條具有一定寬度過圓心的直線后得到的多個扇形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濾波器，其特征在于，所述金屬微結(jié)構(gòu)還包括與所述實心圓形金屬片共圓心的多個弧形面結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波器，其特征在于，所述弧形面由在實心圓形金屬片上蝕刻掉具有一定寬度的圓環(huán)和過圓心的直線后形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一所述的濾波器，其特征在于，所述被蝕刻掉的過圓心的直線等分所述實心圓形金屬片。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一所述的濾波器，其特征在于，所述基板為陶瓷材料、FR-4、 F4B、樹脂基復合材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人工電磁材料，包括至少一個人工電磁材料片層，每個所述人工電磁材料片層包括基板和附著在所述基板上的金屬微結(jié)構(gòu)，所述金屬微結(jié)構(gòu)包括在實心圓形金屬片上蝕刻掉至少一條具有一定寬度過圓心的直線后得到的多個扇形結(jié)構(gòu)；本發(fā)明還提供了一種使用上述人工電磁材料的濾波器，該濾波器包括諧振腔和位于諧振腔內(nèi)部的諧振子，其中諧振子為上述人工電磁材料；具有這種金屬微結(jié)構(gòu)的人工電磁材料其介電常數(shù)得到了大幅地提高，將這種人工電磁材料應(yīng)用在濾波器中有利于濾波器的小型化。
文檔編號H01P7/00GK102610924SQ20121005208
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者劉京京, 劉若鵬, 徐冠雄, 徐國偉 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司