[发明专利]基于多种介质球的宽频带异向介质构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及加工制造人工异向介质材料的方法和工艺。

背景技术

异向介质材料也称为人工异向介质材料或者超材料，它是一种重要的电磁材料。目前，已有多种不同结构被提出来实现异向介质。2001年，D.R.Smith等人首次提出了SRR+Rod的结构来实现异向介质，早期异向介质的异向通带（Left-handed passband）非常狭窄、插入损耗非常大，为改善其性能，人们对它单元的形状进行了改进，先后又提出了许多新结构，例如宽边耦合开路环谐振器结构，对称环结构，S形谐振器结构等。2009年，浙江大学陈红盛的发明专利（CN101662055A）通过在异向介质环内外分别印制两种不同介质的方法提出了一种宽频带异向介质材料并详述了其制备方法。2008年，浙江大学彭亮的博士学位论文从异向介质的等效介质理论方面阐述了全介质异向介质的实现与应用，并提及了用双介质球的方法来实现全介质异向介质。2011年，深圳光启高等理工研究院的刘若鹏等人的发明专利（CN102480037B）利用热压技术在半固化的高分子薄膜中填充所需电磁特性的微球来实现超材料，给出了多种制备方法；他们的另一发明专利（CN102480035A）利用机械手段在介质基板中压制不同电磁特性介质球的方法获得一种新型的全介电超材料。

这两个发明专利提出的生产工艺均采用微球填充介质的方式。不同于前面的发明专利，本发明提出了几种全新的生产工艺方法来固定介质球，特别采用多种介质球，不同的排列方法排列介质球，极大扩展了异向介质的带宽，适合宽带微波信号应用。

发明内容

本发明的目的是提出几种用介质球构造人工异向介质的方法和工艺，用于加工制造宽频带人工异向介质材料。

本发明的技术方案：把不同介质球用几种工艺方法在空间固定成三维周期性排列，中间填充低损耗微波介质，表面覆盖薄膜材料经过热压成型成宽频带人工异向介质材料。该材料的其特征在于，它由相同半径而且不同电介或磁介常数的介质球、或者相同电介或磁介常数而且不同半径的介质球，或者不同半径而且不同电介或磁介常数的介质球，介质球固定材料管、或者线、或者隔离板，表面覆盖薄膜材料，填充材料组成。

本发明材料通过调整介质球的半径、电介或磁介常数、介质球的空间分布间距，填充材料等手段来调节人工异向介质材料的等效电介或磁介常数和工作频带。

本发明提出了几种加工这种材料的生产工艺。

本发明的主要优点：①采用多种介质球等措施使人工异向介质材料的工作频段非常宽；②本材料是三维构造结构，可以在三维方向同时具有特定的等效电介或磁介性能；③可以通过改变介质球的三维分布情况，比如三维方向的间距，介质球半径或介质球材料的分布，成三维各向同性，或者三维各向异性，成矩形阵，圆阵，球阵或者其它特殊的阵，使人工异向介质材料满足不同的需求；④具有广阔的应用前景。

附图说明  下面结合实施例对本发明做进一步说明。说明书附图是本发明的几个实施例。

图1是实施例1提供的塑料管固定结构剖视图；

图2是实施例2提供的穿线固定结构剖视图；

图3是实施例3提供的填充材料固定结构剖视图；

图4是实施例3中用来固定介质球的填充材料示意图；

图5是实施例4提供的填充材料固定结构异型剖视图；

具体实施方式  本发明的几种实施方式和工艺见说明书附图。

实施例1，塑料管固定：见说明书附图1。附图1是剖示图，包括三种介质球1、2、3，介质球为二氧化铝陶瓷球，氧化锆陶瓷球，钛酸锶（BST)陶瓷，或者其它高介电参数材料球；塑料管4；填充材料5，填充材料用低介电常数和低损耗材料，如：微孔聚四氟乙烯，发泡低损耗聚合物等；覆盖膜6。所有附图中球的种类、大小、个数及间距不代表实际情况。

 

步骤1.1：根据工作频率范围选定不同介质球的半径，不同介质球的种类数目以及间距。选择的介质球的半径一般要是介质球的谐振频率覆工作频率范围，附表1给出了不同介质球的半径在特定谐振频率下的典型数据表；至于种类数目和间距，要根据电磁场的麦克斯韦方程和多体耦合理论分析得到，或者用电磁场数值计算和仿真，或者由实验来确定。以上分析要包括固定材料和填充材料的影响；

步骤1.2：加工介质球、固定介质球的热缩塑料管、填充材料，覆盖膜，安装和热压模具等；

步骤1.3：将介质球装入热缩塑料管在安装模具的支持下，加热热缩塑料管固定好介质球间距；