[发明专利]一种宽频带异向介质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异向介质材料及其制备方法，属于电磁材料领域。

背景技术

自然界中的材料在频率超过GHz波段时磁性特征将不明显，很少表现出负 的折射率特性。上世纪末英国帝国理工学院J.B.Pendry等人提出了采用金属开 路环谐振器阵列与金属细导线阵列构造异向介质的方法，这一方法于2001年被 美国加州大学San Diego分校的D.R.Smith等人实验实现，在此以后，与异向 介质材料相关的研究得到了迅速的发展。Smith等人实现的异向介质材料其异向 介质环内外的介质相对磁导率都为1，工作频带普遍很窄，只有0.5％，这使得 异向介质材料的应用得到了很大的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工作频带得到提高的宽频带异向介 质材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该宽频带异向介质材料主要 包括第一介质、第二介质和异向介质环，所述异向介质环同时具有负磁导率与 负介电常数，所述第二介质在所述异向介质环的环内，所述第一介质在所述异 向介质环的环外，所述第二介质的磁导率的绝对值大于第一介质的磁导率的绝 对值。

进一步地，本发明所述异向介质环为次波长异向介质环。

进一步地，本发明所述第一介质为闭合的金属环。

进一步地，本发明所述第一介质由闭合的金属环和支撑体共同构成，所述 闭合的金属环和支撑体设置在所述异向介质环的环外，所述闭合的金属环由所 述支撑体支撑。

本发明宽频带异向介质材料的一种制备方法主要包括如下步骤：

1)将同时具有负磁导率与负介电常数的异向介质环印制或刻蚀在第一介质 上；将第一介质在异向介质环的环内部分去除；

2)用第二介质填充该异向介质环的环内区域，所述第二介质的磁导率的绝 对值大于第一介质的磁导率的绝对值。

本发明宽频带异向介质材料的另一种制备方法主要包括如下步骤：

1)将同时具有负磁导率与负介电常数的异向介质环印制或刻蚀在第二介质 上，使异向介质环的外边界与第二介质的外边界吻合；

2)去除第一介质中与异向介质环外边界尺寸相同的部分，将印制有异向介 质环的第二介质填充到第一介质的空出区域中，所述第二介质的磁导率的绝对 值大于第一介质的磁导率的绝对值。

本发明通过增加异向介质环内外介质的磁导率比值来获得宽频带负磁导率 材料。在同时具有负磁导率与负介电常数的异向介质环中填充具有较高磁导率 物质，即第二介质，而异向介质环的外部填充磁导率的绝对值相对于第二介质 较低的第一介质，例如：可将异向介质环印制在高磁导率物质的基板上，而异 向介质环外部的基板具有低的磁导率值；或者在高磁导率物质上印制好异向介 质环，嵌入到低磁导率物质之中；或者采用注入法等各种工艺在异向介质环中 填充高磁导率物质，而在异向介质环之外填充低磁导率物质，均可以使材料的 工作频带带宽增加，均可以构造宽频带异向介质材料。其中填充的高磁导率物 质或者低磁导率物质可以是均匀的介质，也可以是非均匀的具有等效磁导率特 性的结构。

本发明具有的有益的效果是：通过增加第二介质与第一介质的磁导率比率， 可以大大增加异向介质材料的频率带宽，可以达到接近200％的相对带宽，这里 相对带宽定义为频率带宽与带宽中心频率的比值。由这种方法实现的异向介质 材料将具有较小的材料色散，同时实现原理简单，方法简便，性能稳定，在应 用中具有很大的优越性。此方法适用于任意频段的异向介质材料。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的宽频带异向介质材料的横截面示意图；

图2是本发明宽频带异向介质材料的第一介质为闭合金属环时的横截面示 意图；

图3是本发明将第一介质在异向介质环的环内部分去除后的结构示意图；

图4是用于填充图3中空出区域的第二介质的横截面示意图；

图5是本发明将异向介质环印制或刻蚀在第二介质时的横截面示意图；

图6是第一介质在去除与图5的异向介质环外边界尺寸相同的部分后的横 截面示意图。

具体实施方式