[发明专利]带有可调十字金属线结构的双悬臂E型反向嵌套左手材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种左手材料，特别是涉及一种可以实现在两个方向上入射、频率特性可控的带有可调十字金属线结构的双悬臂E型反向嵌套左手材料。

背景技术

左手材料（left-handed metamaterials）是一种具有负介电常数和负磁导率的人工复合材料，是由前苏联物理学家Mandelshtam于1940年最初提出的周期分布阵列结构。这种刻蚀在微波电路介质基板上的周期阵列结构能够引起电场和磁场在一定频率范围内的谐振，使得该结构等效介电常数和磁导率同时表现为负值。左手材料的主要特点是，在左手材料中传播的电磁波的相速度和群速度方向相反，电磁波的能量传播方向和相速度方向相反，和之间满足左手螺旋关系。20世纪90年代，Pendry等人（V.G.Veselago.The Electrodynamics of Substances with Simultanesously Negtive Value[J].Soviet Physics.1968,10:509-514）提出了用周期性金属线组成的理论模型，推导出该结构模型的负介电常数频段。根据Pendry的研究，通过对开口谐振环，即SRRs的周期型排列，可以使材料的磁性特性在一定的频段内呈负值。1996年他首先提出了周期排列的金属细导线在入射频率比等离子体谐振频率低时，会出现介电常数为负的情况，同时给出了计算有效介电常数的解析模型。1999年他的研究小组再一次提出周期放置的开环谐振器阵列，可以表现出负磁导率的特性，并且论文中给出了计算SRR磁导率的模型结构。2000年Smith以平均值法（Hsu Y J,Huang Y C,Lih J S.Electromagnetic resonance in deformed split ring resonators of lefthanded meta-materials[J].2003,258:161-166）为理论依据，提出了三种直接能够计算左手材料有效介电常数及有效磁导率的方法，分析了左手材料负折射率的解析解构，并得到了左手材料负折射率与材料介电常数和磁导率的关系。2006年，Xu等人的研究向人们展示了SRR阵列有效本构参数张量的提取技术（Antoniades M A,Eleftheriades G V.Compact liner lead metamateral phase shifters for broadband applications.[J]IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters.2003,2:103-106），指出在本构参数张量提取过程中，可以用等效电路方法来描述物理本质。近年来，左手材料被应用在众多领域，包括电磁学、光学、声学、电磁隐身、通信和医学等领域，成为国内外学者的研究热点。除SRR结构外，很多结构在某个频点或频段已经表现出了左手特性，包括螺旋环型结构、树枝状结构、蘑菇型结构、双S型结构、Z型结构等。但这些结构的左手材料只能在某一个特定入射方向上实现左手特性，因此缺乏应用的灵活性和多样性。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有可调十字金属线结构的双悬臂E型反向嵌套左手材料。

本发明设有介电基板、双悬臂E型金属线和十字金属线结构；所述双悬臂E型金属线反向对称刻蚀在介电基板的一侧，交错嵌套的E字结构中间臂断开，所述十字金属线结构设在介电基板背面。

所述介电基板可采用微波介电材料基板，介电基板的介电常数可为2～10，优选4.4±5%；介电基板的厚度可为0.25～1.3mm，优选0.40mm±5%。

所述十字金属线可采用带有均匀分布可调十字金属线，所述带有均匀分布可调十字金属线可采用至少2组周期性的双悬臂E型金属线结构阵列，所述十字金属线与双悬臂E型金属线同周期同间距。

本发明实现了左手材料双悬臂E型结构各边长度、两个悬臂E型金属线的耦合度、十字结构正交交叠位置的易于调控，通过调节单元几何参数，能够实现某个或多个左手频段可控。由于采用了以上结构，实现了改变入射波方向和电场极化方向而保持磁场极化方向不变时，阵列结构的左手特性不发生改变，拓宽了电磁波的入射角度，这样制备的新型微波左手材料可以实现从两个方向上入射同时表现左手特性，是一种新型的双入射左手材料，具有在实际应用中能够从多方向入射所表现出相同左手性能的优点，实现了左手材料的多维化和多向化。

附图说明

图1为本发明实施例中带有均匀分布可调十字金属线结构的双悬臂E型反向嵌套的新型双入射左手材料示意图。