[发明专利]一种任意阻抗人工合成材料及其设计方法有效

申请号：	201110066502.0	申请日：	2011-03-18
公开（公告）号：	CN102684608A	公开（公告）日：	2012-09-19
发明（设计）人：	刘若鹏;栾琳;赵治亚;李岳峰	申请（专利权）人：	深圳光启高等理工研究院;深圳光启创新技术有限公司
主分类号：	H03C7/02	分类号：	H03C7/02
代理公司：	暂无信息	代理人：	暂无信息
地址：	518057 广东省深圳市南山区***	国省代码：	广东;44
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摘要：
搜索关键词：	一种任意阻抗人工合成材料及其设计方法
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【说明书】：

【技术领域】

本发明涉及一种人工合成材料，尤其涉及一种能够实现任意阻抗的人工合成材料。

【背景技术】

“人工合成材料″是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。

“人工合成材料″重要的三个重要特征：

(1)“人工合成材料″通常是具有新奇人工结构的复合材料；

(2)“人工合成材料″具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的)；

(3)“人工合成材料″性质由构成材料的本征性质及其中的人造微结构共同决定。

负折射率材料首先由俄国人菲斯拉格在1967提出，该材料的一个显著特征在于折射系数是负数，电磁波在其中的能量传播方向与它的波矢(相位传播方向)相反。这种材料具有负的折射系数的原因在于它的介电常数和磁导率都是负数。这与我们过去所熟悉的通常介质有所不同，在通常介质中，介电常数和磁导率都是正数，折射率也是正数。

2000年，Smith等人将金属丝版和SRR(Split Ring Resonators，开口谐振器)板有规律地排列在一起，制作了世界上第一块介电常数和等效磁导率同时为负数的介质。2004年，美国研究人员通过圆柱形铜柱形成的周期性结构实现负折射率。但上述实现负折射率的光子晶体中，构成光子晶体周期性排列的材料都呈负折射率。

在现有技术中，人工合成材料的用途十分广泛，例如可将其用在卫星通讯等领域。通常在应用中，只考虑由人工合成材料实现对电磁波的调制功能，而忽略了人工合成材料可能对电磁波的其他功能，例如人工合成材料对电磁波的能量损耗。但是，在某些应用领域中，如果电磁波本身的功率就较低，在通过人工合成材料调制电磁波时，由于阻抗不匹配问题，使得人工合成材料对电磁波的能量损耗过大，则使得系统不能接收足够的电磁波能量，影响了系统性能。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明提供一种能够实现任意阻抗的人工合成材料，通过该能够实现任意阻抗的人工合成材料可以实现对入射电磁波实现阻抗匹配，使得人工合成材料减小对能量的损耗，甚至没有损耗，根据本发明的可以实现任意阻抗的人工合成材料包括片状基材及附着在所述片状基材上的多个人造微结构，所述多个人造微结构包括对电场产生响应的第一微结构。

在本发明的一种实施方式中，所述多个人造微结构包括对磁场产生响应的第二微结构。

在本发明的一种实施方式中，所述第一微结构及所述第二微结构设置在所述片状基材两侧对应的位置上。

在本发明的一种实施方式中，所述第一微结构包括第一金属线、设置在所述第一金属线端部的第二金属线以及设置于所述第二金属线端部的第三金属线。

在本发明的一种实施方式中，所述第二微包括任意曲线以及由所述任意曲线的两端形成的开口。

在本发明的一种实施方式中，改变所述第一微结构或所述第二微结构的尺寸、几何形状和/或分布，以改变所述任意阻抗人工合成材料的介电常数或磁导率。

本发明还提供了一种用于设计任意阻抗人工合成材料的方法，所述方法包括以下步骤：

S1预设所述任意阻抗人工合成材料的目标阻抗Z₀；

S2设计使得所述人工合成材料包括片状基材以及人造微结构，所述人造微结构包括对电场响应的第一微结构及对磁场响应的第二微结构；

S3改变所述第一微结构的尺寸、几何形状，以改变所述任意阻抗人工合成材料的介电常数；

S4改变所述第二微结构的尺寸、几何形状，以改变所述任意阻抗人工合成材料的介电常数，进而使得所述任意阻抗人工合成材料的阻抗为Z₀。

在本发明的一种实施方式中，所述第二微包括任意曲线以及由所述任意曲线的两端形成的开口。

本发明提供了一种通过人工合成材料可以根据具体应用，改变对电场响应的第一微结构及对磁场响应的第二微结构的尺寸及几何形状，从而满足对超材料的性能要求。本发明提供的人工合成材料，结构简单，可以简便地调整人工合成材料对电场及磁场的响应，应用方便。