[发明专利]一种宽频超材料结构

说明书

本发明提供一种宽频超材料结构，其包括介质基板和刻蚀于介质基板一面的金属层。金属层为一闭合且左右对称的金属网状结构，该结构由金属方格与按同一方向等间隔排布的多组谐振结构组成。多组谐振结构基于多点谐振设计，且谐振结构的长度为谐振频率的四分之一波长，通过多个谐振频带的耦合设计，实现宽带超材料设计。本发明所设计的宽频超材料结构可以通过控制多谐振结构的数量和谐振结构的尺寸，调整谐振频点和工作带宽，设计的宽频超材料结构简单，已于共形设计，可以应用在隐身和雷达天线罩中。

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术和微波无线通信技术领域，尤其涉及一种宽频超材料结构。

背景技术

超材料因其独特的电磁特性以及广泛的用途成为了近几年电磁学中被广泛关注的热点研究内容。超材料具有自然界中的天然材料所不具备的特殊电磁特性，即它属于一种人工电磁结构，且超材料的电磁特性主要由单元结构所决定，同时还受到介质基板材料的影响。广义的超材料包括左手材料，电(磁)单负材料，电磁带隙结构等，其电磁响应特性主要由介电常数ε和磁导率μ所表示。在自然界中，几乎所有的天然材料都具有ε0，μ0的电磁特性，在这些材料中电场矢量与磁场矢量间满足右手螺旋法则，因此自然界中的材料被称为右手材料。与之对立，当电磁特性满足ε0，μ0时，其电场矢量和磁场矢量满足左手螺旋法则，故具有该种电磁特性的材料被称为左手材料，也即狭义的超材料。而随着对超材料研究的愈发成熟，业界对于超材料的定义已经不单单局限于介电常数和磁导率同时为负的左手材料，如ε0，μ0的电单负材料与ε0，μ0磁单负材料都被认定为广义的超材料。

超材料是人们在不违背基本物理学的前提下，通过对其单元结构进行设计从而得到自然界中天然材料电磁性质所完全不同人工材料结构。若利用超材料独特的电磁特性，解决天线、微波电路等电磁场与电磁波领域目前的一些问题，将为传统的设计方法带来一个新的研究方向。在目前的研究中，超材料在电磁场与电磁波的研究可以分为如下几个方向：1、将超材料应用于天线的设计，从而提高其带宽、增益、实现小型化等性能，2、利用超材料的极化控制特性及超材料吸波特性来控制电磁波散射，达到减缩雷达散射截面的目的，从而实现电磁隐身。3、使用超材料的旋光性、双折射特性等特性来实现电磁波的极化转换。4、利用超材料对表面波与空间波的抑制特性实现对MIMO天线之间耦合的抑制。但是，超材料的发展具有其自身的技术瓶颈，超材料所具有的窄带特性与无线通信领域发展趋势相悖，这在很大程度上限制了超材料在电磁场与电磁波领域的应用。因此，利用现有的技术基础设计出具有宽频特性的超材料具有十分重要的应用意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种宽频超材料结构，该结构通过多组按同一方向等间隔排布的谐振结构实现，最终拓展超材料结构单元的宽频带特性，从而满足超材料在电磁场与电磁波领域多应用场景的需求。

本发明的目的是这样实现的：包括介质基板102及刻蚀在介质基板一面的金属层101，其特征在于：金属层101位于介质基板的102的结构中心，金属层101为一闭合且左右对称的金属网状结构，且由闭合的金属方格与多组按同一方向等间隔排布的谐振结构组成。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.金属层101中的多组谐振结构按照同一方向等间距排列，且每组谐振结构的长度与谐振频点的四分之一波长相当，且多组谐振枝节在整体上呈现左右对称特征。

2.所述金属层101尺寸小于所述的介质基板102。