[发明专利]一种阻抗与空气匹配的材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料，更具体地说，涉及一种阻抗与空气匹配的材料。

背景技术

电磁波在传输过程中如果经过不同阻抗的材料，会在交界面处发生反射，为了减少电磁波的反射，减少能量损失，在电磁波的传输中需要考虑阻抗匹配。

超材料是一种新型人工合成材料，包括由金属线构成的具有一定图案形状的人造微结构和人造微结构所附着的基板，多个人造微结构在基板上阵列排布，基板对人造微结构起到支撑作用，可为任何与人造微结构不同的材料。这两种材料的叠加会在空间中产生一个等效介电常数与磁导率，这两个物理参数分别对应了材料整体的电场响应与磁场响应。超材料对电磁响应的特征是由人造微结构的特征所决定，而人造微结构的电磁响应很大程度上取决于其金属线的拓扑特征和超材料单元尺寸。超材料单元尺寸取决于人造微结构需要响应的电磁波，通常人造微结构的尺寸小于所需响应的电磁波波长的十分之一，否则空间中由人造微结构所组成的排列在空间中不能被视为连续。

由于金属微结构的存在，超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；同时，对金属微结构设计不同的具体结构和形状，可改变整个超材料的响应特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中电磁波由空气传播到相邻介质时由于阻抗不匹配会出现电磁波反射及能量损耗的缺陷，提供一种阻抗与空气匹配的材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种阻抗与空气匹配的材料，该材料包括至少一个材料片层，每个材料片层包括两块基板和夹在所述两块基板中间的人造微结构，所述两块基板虚拟地划分为多个阵列排布的基板单元对，每个基板单元对中间附着有一个人造微结构，对应需要匹配的入射电磁波所述材料的阻抗值0.8≤Z≤1.2。

在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构包括相互正交的两个工字形结构。

在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构还包括至少一个与所述工字形的连接线相连的线段。

在本发明的优选实施方式中，与所述工字形的连接线相连的所述线段成对出现，且关于所述工字形的中点对称。

在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构由铜线制成。

在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构由银线制成。

在本发明的优选实施方式中，所述基板为陶瓷材料。

在本发明的优选实施方式中，所述基板为聚四氟乙烯。

在本发明的优选实施方式中，所述基板为铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料。

在本发明的优选实施方式中，所述基板为FR-4。

实施本发明具有以下有益效果：由于该材料的阻抗与空气的阻抗值基本相等，所以减少了入射电磁波由空气进入该材料时的反射，即减少了入射电磁波的回波损耗。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明提出的一种阻抗与空气匹配的材料的一个材料单元的结构示意图；

图2实施例中的人造微结构的结构示意图；

图3是本发明实施例提出的阻抗与空气匹配的材料的仿真图；

具体实施方式

本发明提供一种阻抗与空气匹配的材料，相对于现有的材料，通过改变材料的内部结构，对应需要匹配的入射磁波所述材料的阻抗值0.8≤Z≤1.2。

该材料包括多个材料片层，每个片层包括两块基板和夹在所述两块基板中间的人造微结构，所述两块基板虚拟地划分为多个阵列排布的基板单元对，每个基板单元对中间夹着一个人造微结构，该基板单元对和附着在基板单元对中间的人造微结构构成一个材料单元，如图1所示，人造微结构如图2所示，包括相互正交的工字形，在工字形的中间连接线上还连接有多条相对于工字形中点对称的线段。多个材料片层和各基板之间通过组装或者在每两块基板之间填充可连接二者的物质例如液态基板原料，其在固化后将已有的两基板粘合，从而使多个材料片层构成一个整体。基板可由FR-4、F4b、CEM1、CEM3或者TP-1等高介电常数陶瓷材料构成。

电磁波通过该阻抗与空气匹配的材料的仿真图如图3所示，由图3中的实线可知该材料对于频率为3.5GHz～4.3GHz的入射电磁波都能有效地实现与空气阻抗的匹配，由图中虚线可知在该频段内入射电磁波的损耗比较低，因此采用该材料可以减少入射电磁波的反射，降低能量损耗。

当需要在其他频段与空气进行匹配时，可以通过改变材料单元的尺寸或者造微结构尺寸来实现，尺寸变小匹配频段后移，尺寸变大匹配频段前移。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多变形均比如与工字形的中间连接线相连的线段可以尺寸相同也可以尺寸不同，这些均属于本发明的保护之内。