[发明专利]一种连续十字全介质超材料

说明书

本发明公开了一种连续十字全介质超材料；该材料由若干个介质谐振体单元阵列组成，每一个介质谐振体单元为十字型介质谐振体，且多个十字型介质谐振体相互连接，进而形成一种连续十字全介质超材料。该连续介质结构，利用连续介质结构等效了无限长的电谐振和磁谐振腔，突破了周期性的限制；验证发现，该结构拓展了左手超材料的左手通带带宽，使得带宽不再断裂，而是呈连续状，使得整个材料使用起来更加平滑。

【技术领域】

本发明属于人工电磁材料技术领域，具体涉及一种连续十字全介质超材料。

【背景技术】

新型人工电磁材料，又称电磁超材料，由于具有亚波长的单元结构设计，使其对电磁波具有良好的调控特性，引起了学术界的广泛关注。将超材料结构单元按周期或非周期方式排布，可以有效地对反射波、透射波甚至是辐射场进行设计。

金属结构左手超材料大多构思巧妙，结构复杂，具有极高的各向异性。三维各向同性左手超材料的研制非常困难，对制作工艺的要求很高。并且随着频率的增加，制备所需几何结构的难度随之增加，传导电流的损耗也随之增加，当频率大到一定程度，之前的设计就会失效。

而全介质左手超材料是由多种介质材料构成的复合材料，复合材料中介质结构的不均匀度与介质内传播的电磁波相比为亚波长量级，满足准静态有效媒质理论。介质材料通常包含具有高介电常数、低介电损耗的陶瓷材料和低介低损介质材料。不同于金属结构中起主导作用的传导电流，全介质左手超材料电磁特性主要来源于高介陶瓷材料中的位移电流。

现有的左手材料设计普遍利用两种谐振体来分别实现负介电常数和负磁导率，然而无论如何排布这两种结构迥异的谐振体，总会引起系统对称性的下降，以至于材料具有各向异性。同时结构单元的分裂使得各谐振单元的谐振峰会分立，这可能会破坏通带内材料性能的连续性，不利于带宽拓展的发展前景。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种连续十字全介质超材料。该发明使用拼接方法使谐振条件突破了周期性的限制，有效的拓展了左手超材料的左手通带带宽。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种连续十字全介质超材料，由若干个介质谐振体单元按照矩形阵列组成，每一个介质谐振体单元为十字型介质谐振体；所述十字型介质谐振体由四个谐振体组成，谐振体为长方体，四个谐振体的一端均固定连接在中心点；一个介质谐振体单元内相邻的谐振体相互垂直，相邻的介质谐振体单元共用一个谐振体；所有的介质谐振体单元被包裹在基体内。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述谐振体包括第一谐振体和第二谐振体，第一谐振体的长度长于第二谐振体的长度；任意一个介质谐振体单元内的中心点为该谐振体单元内的一个第一谐振体的端点，剩余的谐振体和中心点的三个侧边固定连接。

优选的，第一谐振体和第二谐振体的宽度和厚度均相同。

优选的，第二谐振体的长度为第一谐振体的长度与第一谐振体的宽度之差。

优选的，第一谐振体的长度范围为9mm-13mm。

优选的，第一谐振体的厚度和第二谐振体的厚度范围均为1.5mm-3mm；第一谐振体的宽度和第二谐振体的宽度范围均为1.5mm-3mm。

优选的，谐振体的材料选用陶瓷材料。

优选的，所述陶瓷材料的介电常数范围为50-120，介电损耗为＜1％。

优选的，基体选用光敏树脂。

优选的，基体由3D打印制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：