一種交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電磁超材料的技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁 超材料結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 如圖1所示，目前單缺口八邊形超材料結(jié)構(gòu)采用介電常數(shù)為2. 2的Rogers RT/ 化roid 5880作為介質(zhì)基板，其長(zhǎng)寬都為10毫米，且厚度為0. 7874毫米。在該基板表面所 刻蝕的內(nèi)外八角形的每條邊的寬度都為0. 6毫米，其中內(nèi)八角形和外八角形相距0. 845毫 米。此外，從外八角形到內(nèi)八角，每個(gè)八邊形的邊長(zhǎng)分別為4.0毫米、3. 5毫米、2. 8毫米、2. 3 毫米。同時(shí)在內(nèi)外八角形的一條邊上都有一個(gè)寬為0.3毫米的缺口；在HFSS13中對(duì)該結(jié)構(gòu) 進(jìn)行仿真，并采用NIW反演法反演，其結(jié)果如圖2所示。從反演數(shù)據(jù)可知，該結(jié)構(gòu)僅能實(shí)現(xiàn) 在2. 9GHz~3. 4GHz頻段內(nèi)表現(xiàn)出單頻帶超材料性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié) 構(gòu)，可滿足雙頻帶性能指標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0004] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案： 陽(yáng)〇化]一種交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)包括：介質(zhì)基板；在所述介質(zhì)基板 的一面蝕刻設(shè)有內(nèi)正八角形金屬片和外正八角形金屬片，內(nèi)正八角形金屬片的最大半徑小 于外正八角形金屬片的最小半徑，所述內(nèi)、外正八邊形金屬片的邊間隔均具有一個(gè)缺口，且 內(nèi)、外正八邊形金屬片的缺口呈交錯(cuò)狀態(tài)分布；在所述介質(zhì)基板的另一面水平刻蝕設(shè)有一 金屬條，所述金屬條的長(zhǎng)度為介質(zhì)基板的長(zhǎng)度。
[0006] 作為優(yōu)選，所述內(nèi)、外正八邊形金屬片的寬度均為0.3米，且它們之間距離為0.1 毫米；同時(shí)內(nèi)正八角形金屬片1的最小半徑為3毫米，缺口長(zhǎng)度為0. 2毫米。 陽(yáng)007] 作為優(yōu)選，所述金屬條的寬度為0. 2毫米，長(zhǎng)度為6. 5962毫米。
[0008] 作為優(yōu)選，所述介質(zhì)基板采用長(zhǎng)寬均為6. 5962毫米，厚度為0. 12毫米的正方體介 質(zhì)基板，其材料為介電常數(shù)為6. 15,介電損耗角為0. 0019的Rogers 6006。
[0009] 本發(fā)明的交錯(cuò)缺口正八邊形超材料結(jié)構(gòu)（ISO MTM，Interlaced splits Octagon Metamaterial)與單缺口正八邊形超材料結(jié)構(gòu)的不同之處在于內(nèi)外八邊形的邊有交替存在 的缺口。運(yùn)種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得ISO MTM在表現(xiàn)磁諧振時(shí)，內(nèi)外八邊形呈現(xiàn)獨(dú)立的諧振回路，使 得整個(gè)ISO MTM具有兩個(gè)"負(fù)磁導(dǎo)率"頻段。同時(shí)在介質(zhì)基板另外一側(cè)蝕刻金屬條，在電諧 振時(shí)表現(xiàn)出負(fù)的介電常數(shù)，二者重疊區(qū)域則是介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的"雙負(fù)"頻段，即是左手 頻段，該結(jié)構(gòu)具有高度對(duì)稱，參數(shù)易調(diào)，同時(shí)易于制造的優(yōu)點(diǎn)，在雙頻段超材料領(lǐng)域具有良 好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖I為現(xiàn)有單缺口八邊形超材料結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0011] 圖2為現(xiàn)有單缺口八邊形超材料結(jié)構(gòu)的反演數(shù)據(jù)示意圖；
[0012] 圖3為本發(fā)明交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0013] 圖4為本發(fā)明交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)的電磁仿真的結(jié)果數(shù)據(jù) 不意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)的反演數(shù)據(jù)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016] 如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)包 括：介質(zhì)基板10,在所述介質(zhì)基板10的一面蝕刻設(shè)有內(nèi)正八角形金屬片1和外正八角形金 屬片2,內(nèi)正八角形金屬片1的最大半徑小于外正八角形金屬片2的最小半徑，所述內(nèi)、夕F正 八邊形金屬片1、2的邊間隔均具有一個(gè)缺口 3,且內(nèi)、外正八邊形金屬片1、2的缺口 3呈交 錯(cuò)狀態(tài)分布；在所述介質(zhì)基板10的另一面水平刻蝕設(shè)有一金屬條4,所述金屬條4的長(zhǎng)度 為介質(zhì)基板10的長(zhǎng)度。
[0017] 作為一種優(yōu)選，所述內(nèi)、外兩個(gè)八邊形金屬片1、2的寬度均為0.3毫米，且它們之 間距離為0. 1毫米；同時(shí)內(nèi)八角形金屬片1的最小半徑為3毫米，缺口長(zhǎng)度為0. 2毫米。
[0018] 作為一種優(yōu)選，所述金屬條4的寬度為0. 2毫米，長(zhǎng)度為6. 5962毫米。
[0019] 作為一種優(yōu)選，所述介質(zhì)基板10采用長(zhǎng)寬均為6. 5962毫米，厚度為0. 12毫米的 正方體介質(zhì)基板，其材料為介電常數(shù)為6. 15,介電損耗角為0. 0019的Rogers6006 (tm)。
[0020] 本發(fā)明的交錯(cuò)缺口正八邊形超材料結(jié)構(gòu)（ISO MTM，Interlaced splits Octagon Metamaterial)相比單一缺口正八邊形超材料結(jié)構(gòu)最大不同之處在于每個(gè)正八邊形的邊間 隔具有一個(gè)缺口，且內(nèi)外正八邊形的缺口呈現(xiàn)交錯(cuò)狀態(tài)，該設(shè)計(jì)方案是解決內(nèi)外正八邊形 結(jié)構(gòu)禪合的巧妙方式。在常規(guī)單缺口正八邊形超材料結(jié)構(gòu)中，在外部電磁激勵(lì)下，由于內(nèi) 外正八邊形結(jié)構(gòu)的禪合，僅能表現(xiàn)出單頻帶特性，運(yùn)種設(shè)計(jì)方式類似于傳統(tǒng)SRR/MW結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)，往往超材料結(jié)構(gòu)本身?yè)p耗較大，在單一較窄頻帶內(nèi)表現(xiàn)出通帶特性，限制了其在實(shí)際場(chǎng) 合應(yīng)用范圍和價(jià)值。
[002U 電磁仿真軟件提供了廉價(jià)且快速的驗(yàn)證工具，本方案采用HFSS13有限元電磁仿 真軟件進(jìn)行仿真，通過(guò)加載周期邊界條件，模擬仿真反射-透射系數(shù)，即Sii和S 21，如圖4所 示。從S參數(shù)曲線圖可W看出，該結(jié)構(gòu)在兩個(gè)頻段內(nèi)通透性較好，初步推測(cè)該結(jié)構(gòu)可能存在 DFB。
[0022] 為驗(yàn)證所提結(jié)構(gòu)滿足雙頻帶性質(zhì)，采用NRW電磁參數(shù)經(jīng)典反演法進(jìn)一步反演其有 效參數(shù)，其核屯、公式為W下四個(gè)公式，其中，k代表波數(shù)，d代表基板厚度，兩者均可計(jì)算出 來(lái)。

[00 巧] e=n/z做
[0026] y=n*z(4) 陽(yáng)027] 其中，n為折射率，Z為阻抗，e為介電常數(shù)，y為磁導(dǎo)率，Sii為反射系數(shù)，S21為 透射系數(shù)。
[002引通過(guò)S。和S21參數(shù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算即可得到所提結(jié)構(gòu)的有效電磁參數(shù)，如圖5所 示。從中可W看出，在0~16G監(jiān)掃頻范圍內(nèi)，所提模型結(jié)構(gòu)在9. 25GHz~9. 68GHz和 15. 28GHz~15. 36GHz內(nèi)其有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率滿足同時(shí)為負(fù)的性質(zhì)，驗(yàn)證其滿足雙頻 帶性能指標(biāo)。
[0029] 現(xiàn)有正八邊形超材料結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)單頻帶性能，在需要雙頻帶性能指標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng) 合不能滿足實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明僅需在正八邊形結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，不需要額外添加電子元器 件，從實(shí)現(xiàn)雙頻帶的物理機(jī)制出發(fā)改進(jìn)正八邊形超材料結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明所提出的正八 邊形超材料結(jié)構(gòu)方案滿足雙頻帶性能指標(biāo)，且易于實(shí)際加工制造，加工成本較低，易于實(shí)現(xiàn) 應(yīng)用推廣。
[0030] W上實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍 由權(quán)利要求書(shū)限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出各 種修改或等同替換，運(yùn)種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：介質(zhì)基板（10); 在所述介質(zhì)基板（10)的一面蝕刻設(shè)有內(nèi)正八角形金屬片（1)和外正八角形金屬片（2)，內(nèi) 正八角形金屬片（1)的最大半徑小于外正八角形金屬片（2)的最小半徑，所述內(nèi)、外正八邊 形金屬片（1、2)的邊間隔均具有一個(gè)缺口（3)，且內(nèi)、外正八邊形金屬片（1、2)的缺口（3) 呈交錯(cuò)狀態(tài)分布；在所述介質(zhì)基板（10)的另一面水平刻蝕設(shè)有一金屬條（4)，所述金屬條 (4)的長(zhǎng)度為介質(zhì)基板（10)的長(zhǎng)度。2. 如權(quán)利要求1所述的交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)、外正八邊 形金屬片（1、2)的寬度均為0.3毫米，且它們之間距離為0. 1毫米；同時(shí)內(nèi)正八角形金屬片 (1)的最小半徑為3毫米，缺口長(zhǎng)度為0. 2毫米。3. 如權(quán)利要求2所述的交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)，所述金屬條（4)的 寬度為〇. 2毫米，長(zhǎng)度為6. 5962毫米。4. 如權(quán)利要求1所述的交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)，其特征在于作為優(yōu) 選，所述介質(zhì)基板（10)采用長(zhǎng)寬均為6. 5962毫米，厚度為0. 12毫米的正方體介質(zhì)基板，其 材料為介電常數(shù)為6. 15,介電損耗角為0. 0019的Rogers6006。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種交錯(cuò)缺口正八邊形雙頻帶電磁超材料結(jié)構(gòu)，包括：介質(zhì)基板；在所述介質(zhì)基板的一面蝕刻設(shè)有內(nèi)正八角形金屬片和外正八角形金屬片，內(nèi)正八角形金屬片的最大半徑小于外正八角形金屬片的最小半徑，所述內(nèi)、外正八邊形金屬片的邊間隔均具有一個(gè)缺口，且內(nèi)、外正八邊形金屬片的缺口呈交錯(cuò)狀態(tài)分布；在所述介質(zhì)基板的另一面水平刻蝕設(shè)有一金屬條，所述金屬條的長(zhǎng)度為介質(zhì)基板的長(zhǎng)度。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可滿足雙頻帶性能指標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)合。
【IPC分類】H01Q15/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105390817
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510618568
【發(fā)明人】李天倩, 陽(yáng)小明, 馬波, 陳洪源, 杜曉風(fēng), 邱錫強(qiáng), 萬(wàn)洪, 雍明陽(yáng), 田野
【申請(qǐng)人】西華大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月24日