一種立體超材料微結(jié)構(gòu)及天線單元的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種立體超材料微結(jié)構(gòu)及天線單元，所述立體超材料微結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)層、第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層，所述第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層分別位于所述介質(zhì)層的不同平面，所述第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層通過(guò)金屬化過(guò)孔電連接，所述金屬化過(guò)孔穿過(guò)所述介質(zhì)層。本立體超材料微結(jié)構(gòu)可以對(duì)任意方向的電磁波產(chǎn)生相應(yīng)。
【專利說(shuō)明】一種立體超材料微結(jié)構(gòu)及天線單元
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實(shí)用新型涉及天線領(lǐng)域，具體涉及一種立體超材料微結(jié)構(gòu)及天線單元。
【【背景技術(shù)】】
[0002]超材料(metamaterial)是21世紀(jì)物理學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一個(gè)新的學(xué)術(shù)詞匯,近年來(lái)經(jīng)常出現(xiàn)在各類(lèi)科學(xué)文獻(xiàn)。超材料的三個(gè)重要特征包括:
[0003](I)超材料通常是具有新奇人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；
[0004](2)超材料具有超常的物理性質(zhì)(這種性質(zhì)往往是自然界的材料中所不具備的)；
[0005](3)超材料的性質(zhì)往往不決定于構(gòu)成材料的本征性質(zhì)，而主要決定于其中的人工結(jié)構(gòu)。
[0006]超材料是一種以人造微結(jié)構(gòu)為基本單元并以特定方式進(jìn)行空間排布的材料，且該材料是一種具有特殊電磁效應(yīng)的新型材料，其電磁效應(yīng)的特征是由其人造微結(jié)構(gòu)的特征所決定?，F(xiàn)有的超材料通常包括基材及附著在基材上的人造微結(jié)構(gòu)。通過(guò)在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。
[0007]超材料的一種特性表現(xiàn)為對(duì)電磁波的調(diào)制現(xiàn)有的超材料微結(jié)構(gòu)。而現(xiàn)有的超材料微結(jié)構(gòu)往往只能對(duì)具有某一方向(平面法線方向)磁場(chǎng)分量的電磁波產(chǎn)生磁響應(yīng)。
[0008]另外，現(xiàn)有的一些天線單元的軸比特性較差，不利于天線發(fā)送接收信號(hào)。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0009]本實(shí)用新型的其中一個(gè)目的，是為了提供了可以對(duì)多個(gè)方向或任意方向的電磁波產(chǎn)生響應(yīng)的立體超材料微結(jié)構(gòu)。
[0010]本實(shí)用新型的另一個(gè)目的，是為了提供一個(gè)軸比特性較好的天線單元，以提升天線單元接收發(fā)送信號(hào)的性能。
[0011]—種立體超材料微結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)層、第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層，所述第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層分別位于所述介質(zhì)層的不同表面，所述第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層通過(guò)金屬化過(guò)孔電連接，所述金屬化過(guò)孔穿過(guò)所述介質(zhì)層。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，
[0013]所述第一微結(jié)構(gòu)層包括相連的第一微結(jié)構(gòu)棱和第二微結(jié)構(gòu)棱，所述第二微結(jié)構(gòu)層包括相連的第三微結(jié)構(gòu)棱和第四微結(jié)構(gòu)棱；
[0014]所述第一微結(jié)構(gòu)棱的第一端通過(guò)第一金屬化過(guò)孔與第三微結(jié)構(gòu)棱的第一端連接，所述第二微結(jié)構(gòu)棱的第一端通過(guò)第二金屬化過(guò)孔與第四微結(jié)構(gòu)棱的第一端連接，所述第一微結(jié)構(gòu)棱的第二端與所述第二微結(jié)構(gòu)棱的第二端連接，所述第三微結(jié)構(gòu)棱的第二端與第四微結(jié)構(gòu)棱的第二端連接。在一個(gè)實(shí)施例中，
[0015]包括第一開(kāi)口諧振環(huán)和第二開(kāi)口諧振環(huán)，所述介質(zhì)層的形狀是立方體，所述第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層分別位于所述介質(zhì)層的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面平行；
[0016]所述第一開(kāi)口諧振環(huán)包括依次連接的第一諧振環(huán)第一邊、第一諧振環(huán)第二邊、第一諧振環(huán)第三邊、第一諧振環(huán)第四邊和第一諧振環(huán)第五邊，所述第一諧振環(huán)第一邊和第一諧振環(huán)第五邊屬于所述第一微結(jié)構(gòu)層，第一諧振環(huán)第三邊屬于所述第二微結(jié)構(gòu)層，所述第一諧振環(huán)第二邊和第一諧振環(huán)第四邊屬于所述金屬化過(guò)孔，所述第一諧振環(huán)第一邊與第一諧振環(huán)第五邊是所述第一開(kāi)口諧振環(huán)的兩個(gè)開(kāi)口邊；
[0017]所述第二開(kāi)口諧振環(huán)包括依次連接的第二諧振環(huán)第一邊、第二諧振環(huán)第二邊、第二諧振環(huán)第三邊、第二諧振環(huán)第四邊和第二諧振環(huán)第五邊，所述第二諧振環(huán)第一邊和第二諧振環(huán)第五邊屬于所述第一微結(jié)構(gòu)層，第二諧振環(huán)第三邊屬于所述第二微結(jié)構(gòu)層，所述第二諧振環(huán)第二邊和第二諧振環(huán)第四邊屬于所述金屬化過(guò)孔，所述第二諧振環(huán)第一邊與第二諧振環(huán)第五邊是所述第一開(kāi)口諧振環(huán)的兩個(gè)開(kāi)口邊；
[0018]所述第一諧振環(huán)第三邊與第二諧振環(huán)第三邊電連接。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，
[0020]所述第一諧振環(huán)第四邊與第二諧振環(huán)第四邊相垂直。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，
[0022]所述第一開(kāi)口諧振環(huán)和第二開(kāi)口諧振環(huán)是矩形開(kāi)口諧振環(huán)。
[0023]基于前述目的，本實(shí)用新型還提供了一種天線單元。
[0024]一種天線單元，包括天線接地層、天線介質(zhì)層以及多個(gè)天線，還包括所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)，所述立體超材料微結(jié)構(gòu)、多個(gè)天線設(shè)置在所述天線介質(zhì)層的第一表面，所述立體超材料微結(jié)構(gòu)位于所述多個(gè)天線之間，所述接地層設(shè)置在與所述天線介質(zhì)層的與所述第一表面相對(duì)的第二表面。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，
[0026]采用任一所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，
[0028]所述多個(gè)天線的個(gè)數(shù)是4個(gè)，4個(gè)天線位于一個(gè)矩形的四個(gè)角上，所述立體超材料微結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述矩形的中心。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，
[0030]所述第一諧振環(huán)第三邊位于所述矩形的第一中線上，所述第二諧振環(huán)第三邊位于所述矩形的第二中線上。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，
[0032]所述天線是圓極化天線。
[0033]本立體超材料微結(jié)構(gòu)，不僅可以對(duì)多個(gè)方向或任意方向的電磁波產(chǎn)生響應(yīng)，并且加工簡(jiǎn)單；另外，通過(guò)在多個(gè)天線之間增加所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)，整個(gè)天線單元的軸比特性得到提升，尤其是在45°以上的軸比特性(大角度軸比特性)提升更為明顯。
【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0034]圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的立體超材料微結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是本實(shí)用新型另一種實(shí)施例的立體超材料微結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的天線單元的45°方向圖的軸比曲線圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0038]以下對(duì)實(shí)用新型的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0039]實(shí)施例1
[0040]如圖1所不,一種實(shí)施例的立體超材料微結(jié)構(gòu),包括介質(zhì)層1、第一微結(jié)構(gòu)棱21、第二微結(jié)構(gòu)棱22、第三微結(jié)構(gòu)棱23、第四微結(jié)構(gòu)棱24、第一金屬化過(guò)孔25、第二金屬化過(guò)孔26。
[0041]其中，第一微結(jié)構(gòu)棱21和第二微結(jié)構(gòu)棱22構(gòu)成第一微結(jié)構(gòu)層,位于介質(zhì)層I的第一表面11，第三微結(jié)構(gòu)棱23和第四微結(jié)構(gòu)棱24構(gòu)成第二微結(jié)構(gòu)層,位于介質(zhì)層I的第二表面12，第一表面11和第二表面12相平行，第一微結(jié)構(gòu)棱21的第一端通過(guò)穿過(guò)介質(zhì)層I的第一金屬化過(guò)孔25與第三微結(jié)構(gòu)棱23的第一端電連接，第二微結(jié)構(gòu)棱22的第一端通過(guò)穿過(guò)介質(zhì)層I的第二金屬化過(guò)孔26與第四微結(jié)構(gòu)棱24的第一端電連接,第一微結(jié)構(gòu)棱21、第二微結(jié)構(gòu)棱22、第三微結(jié)構(gòu)棱23、第四微結(jié)構(gòu)棱24、第一金屬化過(guò)孔25和第二金屬化過(guò)孔26依次首位電連接，第一微結(jié)構(gòu)棱21的第二端與第二微結(jié)構(gòu)棱22的第二端連接，第三微結(jié)構(gòu)棱23的第二端與第四微結(jié)構(gòu)棱24的第二端連接，這六個(gè)部件可以分別位于一個(gè)立方體的第一棱、第二棱、第三棱、第四棱、第五棱和第六棱上。
[0042]第一微結(jié)構(gòu)棱21和第二微結(jié)構(gòu)棱22可以是在介質(zhì)層I的第一表面11上形成的導(dǎo)電層，例如金屬或者導(dǎo)電油墨等，同樣，第三微結(jié)構(gòu)棱23和第四微結(jié)構(gòu)棱24可以是在介質(zhì)層I的第二表面12上形成的導(dǎo)電層。第一金屬化過(guò)孔25和第二金屬化過(guò)孔26則可以是在介質(zhì)層I的過(guò)孔上形成金屬導(dǎo)電柱。
[0043]本實(shí)施例的立體超材料微結(jié)構(gòu)在X，y, z方向上的投影面積都不為零，即該結(jié)構(gòu)可對(duì)任意方向的電磁波產(chǎn)生磁響應(yīng)，并且容易加工。
[0044]實(shí)施例2
[0045]如圖2所示，一種實(shí)施例的立體超材料微結(jié)構(gòu)，包括第一開(kāi)口諧振環(huán)、第二開(kāi)口諧振環(huán)、呈立方體形狀的介質(zhì)層I。
[0046]所述第一開(kāi)口諧振環(huán)包括依次連接的第一諧振環(huán)第一邊31、第一諧振環(huán)第二邊32、第一諧振環(huán)第三邊33、第一諧振環(huán)第四邊34和第一諧振環(huán)第五邊35，第一諧振環(huán)第一邊31和第一諧振環(huán)第五邊35屬于位于介質(zhì)層I的第一表面11的第一微結(jié)構(gòu)層，第一諧振環(huán)第三邊33位于介質(zhì)層I的第二表面12，第一表面11與第二表面12相平行，第一諧振環(huán)第二邊32和第一諧振環(huán)第四邊34屬于金屬化過(guò)孔，該金屬化過(guò)孔穿過(guò)介質(zhì)層1，第一諧振環(huán)第一邊31與第一諧振環(huán)第五邊35是所述第一開(kāi)口諧振環(huán)的兩個(gè)開(kāi)口邊；
[0047]所述第二開(kāi)口諧振環(huán)包括依次連接的第二諧振環(huán)第一邊41、第二諧振環(huán)第二邊42、第二諧振環(huán)第三邊43、第二諧振環(huán)第四邊44和第二諧振環(huán)第五邊45，所述第二諧振環(huán)第一邊41和第二諧振環(huán)第五邊45屬于第一表面11的所述第一微結(jié)構(gòu)層，第二諧振環(huán)第三邊43位于介質(zhì)層I的第二表面12，所述第二諧振環(huán)第二邊和42第二諧振環(huán)第四邊44屬于所述金屬化過(guò)孔，所述第二諧振環(huán)第一邊41與第二諧振環(huán)第五邊45是所述第一開(kāi)口諧振環(huán)的兩個(gè)開(kāi)口邊；
[0048]第一諧振環(huán)第三邊33與第二諧振環(huán)第三邊43電連接，所兩者可以相垂直，第一開(kāi)口諧振環(huán)和第二開(kāi)口諧振環(huán)可以是矩形開(kāi)口諧振環(huán)。
[0049]第一諧振環(huán)第一邊31、第一諧振環(huán)第五邊35、第二諧振環(huán)第一邊41和第二諧振環(huán)第五邊45可以是在第一表面11上形成的金屬層，第一諧振環(huán)第三邊33與第二諧振環(huán)第三邊43可以是在第二表面12形成的金屬層,第一金屬化過(guò)孔25和第二金屬化過(guò)孔26則可以是在介質(zhì)層I的過(guò)孔上形成金屬導(dǎo)電柱。
[0050]實(shí)施例3
[0051]如圖3所示,一種實(shí)施例的天線單元,包括天線接地層91、天線介質(zhì)層9、立體超材料微結(jié)構(gòu)以及多個(gè)天線:第一天線5、第二天線6、第三天線7和第四天線8，四個(gè)天線設(shè)置在天線介質(zhì)層9的第一表面，天線接地層91設(shè)置在所述天線介質(zhì)層9的第二表面，所述第二表面與所述第一表面相對(duì)，4個(gè)天線位于一個(gè)矩形或者正方形的四個(gè)角上，所述立體超材料微結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述矩形的中心，所述第一諧振環(huán)第三邊位于所述矩形的第一中線上，所述第二諧振環(huán)第三邊位于所述矩形的第二中線上。這些天線可以是圓極化天線。
[0052]天線5可以是貼片天線，其具有饋電端51。
[0053]如圖4所示，對(duì)圖3的天線單元進(jìn)行仿真的得到的軸比曲線圖(在方向圖的45° (即正方形的對(duì)角線位置)上的軸比圖)，其中，第一曲線LI表示圖3的天線單元在沒(méi)有加立體超材料微結(jié)構(gòu)時(shí)的軸比曲線，第二曲線L2表示實(shí)施例3的天線單元的軸比曲線，從圖4可以看出，在45°至100°和-45°至-100°，天線單元的軸比明顯下降并且具有較低的軸比，因此，在實(shí)施例3的天線單元在較大角度上具有良好的軸比，本實(shí)施例2的立體超材料微結(jié)構(gòu)非常適用于圓極化天線。
[0054]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定的專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種立體超材料微結(jié)構(gòu)，其特征是:包括介質(zhì)層、第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層，所述第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層分別位于所述介質(zhì)層的不同表面，所述第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層通過(guò)金屬化過(guò)孔電連接，所述金屬化過(guò)孔穿過(guò)所述介質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求1所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)，其特征是: 所述第一微結(jié)構(gòu)層包括相連的第一微結(jié)構(gòu)棱和第二微結(jié)構(gòu)棱，所述第二微結(jié)構(gòu)層包括相連的第三微結(jié)構(gòu)棱和第四微結(jié)構(gòu)棱； 所述第一微結(jié)構(gòu)棱的第一端通過(guò)第一金屬化過(guò)孔與第三微結(jié)構(gòu)棱的第一端連接，所述第二微結(jié)構(gòu)棱的第一端通過(guò)第二金屬化過(guò)孔與第四微結(jié)構(gòu)棱的第一端連接，所述第一微結(jié)構(gòu)棱的第二端與所述第二微結(jié)構(gòu)棱的第二端連接，所述第三微結(jié)構(gòu)棱的第二端與第四微結(jié)構(gòu)棱的第二端連接。
3.如權(quán)利要求1所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)，其特征是:包括第一開(kāi)口諧振環(huán)和第二開(kāi)口諧振環(huán)，所述介質(zhì)層的形狀是立方體，所述第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層分別位于所述介質(zhì)層的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面平行； 所述第一開(kāi)口諧振環(huán)包括依次連接的第一諧振環(huán)第一邊、第一諧振環(huán)第二邊、第一諧振環(huán)第三邊、第一諧振環(huán)第四邊和第一諧振環(huán)第五邊，所述第一諧振環(huán)第一邊和第一諧振環(huán)第五邊屬于所述第一微結(jié)構(gòu)層，第一諧振環(huán)第三邊屬于所述第二微結(jié)構(gòu)層，所述第一諧振環(huán)第二邊和第一諧振環(huán)第四邊屬于所述金屬化過(guò)孔，所述第一諧振環(huán)第一邊與第一諧振環(huán)第五邊是所述第一開(kāi)口諧振環(huán)的兩個(gè)開(kāi)口邊； 所述第二開(kāi)口諧振環(huán)包括依次連接的第二諧振環(huán)第一邊、第二諧振環(huán)第二邊、第二諧振環(huán)第三邊、第二諧振環(huán)第四邊和第二諧振環(huán)第五邊，所述第二諧振環(huán)第一邊和第二諧振環(huán)第五邊屬于所述第一微結(jié)構(gòu)層，第二諧振環(huán)第三邊屬于所述第二微結(jié)構(gòu)層，所述第二諧振環(huán)第二邊和第二諧振環(huán)第四邊屬于所述金屬化過(guò)孔，所述第二諧振環(huán)第一邊與第二諧振環(huán)第五邊是所述第一開(kāi)口諧振環(huán)的兩個(gè)開(kāi)口邊； 所述第一諧振環(huán)第三邊與第二諧振環(huán)第三邊電連接。
4.如權(quán)利要求3所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)，其特征是:所述第一諧振環(huán)第四邊與第二諧振環(huán)第四邊相垂直。
5.如權(quán)利要求3所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)，其特征是:所述第一開(kāi)口諧振環(huán)和第二開(kāi)口諧振環(huán)是矩形開(kāi)口諧振環(huán)。
6.一種天線單元，包括天線接地層、天線介質(zhì)層以及多個(gè)天線，其特征是，還包括如權(quán)利要求I所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)，所述立體超材料微結(jié)構(gòu)、多個(gè)天線設(shè)置在所述天線介質(zhì)層的第一表面，所述立體超材料微結(jié)構(gòu)位于所述多個(gè)天線之間，所述接地層設(shè)置在與所述天線介質(zhì)層的與所述第一表面相對(duì)的第二表面。
7.如權(quán)利要求6所述的天線單元，其特征是:采用如權(quán)利要求3-5任一所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的天線單元,其特征是:所述多個(gè)天線的個(gè)數(shù)是4個(gè),4個(gè)天線位于一個(gè)矩形的四個(gè)角上，所述立體超材料微結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述矩形的中心。
9.如權(quán)利要求8所述的天線單元，其特征是:所述的立體超材料微結(jié)構(gòu)包括第一開(kāi)口諧振環(huán)和第二開(kāi)口諧振環(huán)，所述介質(zhì)層的形狀是立方體，所述第一微結(jié)構(gòu)層和第二微結(jié)構(gòu)層分別位于所述介質(zhì)層的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面平行； 所述第一開(kāi)口諧振環(huán)包括依次連接的第一諧振環(huán)第一邊、第一諧振環(huán)第二邊、第一諧振環(huán)第三邊、第一諧振環(huán)第四邊和第一諧振環(huán)第五邊，所述第一諧振環(huán)第一邊和第一諧振環(huán)第五邊屬于所述第一微結(jié)構(gòu)層，第一諧振環(huán)第三邊屬于所述第二微結(jié)構(gòu)層，所述第一諧振環(huán)第二邊和第一諧振環(huán)第四邊屬于所述金屬化過(guò)孔，所述第一諧振環(huán)第一邊與第一諧振環(huán)第五邊是所述第一開(kāi)口諧振環(huán)的兩個(gè)開(kāi)口邊； 所述第二開(kāi)口諧振環(huán)包括依次連接的第二諧振環(huán)第一邊、第二諧振環(huán)第二邊、第二諧振環(huán)第三邊、第二諧振環(huán)第四邊和第二諧振環(huán)第五邊，所述第二諧振環(huán)第一邊和第二諧振環(huán)第五邊屬于所述第一微結(jié)構(gòu)層，第二諧振環(huán)第三邊屬于所述第二微結(jié)構(gòu)層，所述第二諧振環(huán)第二邊和第二諧振環(huán)第四邊屬于所述金屬化過(guò)孔，所述第二諧振環(huán)第一邊與第二諧振環(huán)第五邊是所述第一開(kāi)口諧振環(huán)的兩個(gè)開(kāi)口邊； 所述第一諧振環(huán)第三邊與第二諧振環(huán)第三邊電連接； 所述第一諧振環(huán)第三邊位于所述矩形的第一中線上，所述第二諧振環(huán)第三邊位于所述矩形的第二中線上。
10.如權(quán)利要求6-9任一所述的天線單元，其特征是:所述天線是圓極化天線。
【文檔編號(hào)】H01Q19/02GK204011736SQ201420356579
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院