申请/专利权人：云南大学

申请日：2019-05-13

公开（公告）日：2023-12-15

公开（公告）号：CN110061358B

主分类号：H01Q15/00

分类号：H01Q15/00;H01Q1/38

优先权：["20190102 CN 2019100007022"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.12.15#授权;2019.08.20#实质审查的生效;2019.07.26#公开

摘要：本发明公开了一种双频段圆回形左手材料单元，涉及无线通信领域,包括介质板（4）及印刷在介质板（4）上的圆回形贴片（5）；圆回形贴片（5）由两个外部半圆、两个内部半圆和一根过圆心的微带线（3）构成；两个外部半圆上下排列，两个内部半圆相较于外部的半圆绕圆心旋转了90°，呈左右排列；两个外部半圆之间有两处对称地缝隙，两个内部半圆与微带线（3）之间有四处对称地缝隙。本发明双频段圆回形左手材料单元结构简单，易于实现，成本低。

主权项：1.双频段圆回形左手材料单元，其特征在于：包括介质板（4）及印刷在介质板（4）上的圆回形贴片（5）；圆回形贴片（5）由两个外部半圆、两个内部半圆和一根过圆心的微带线（3）构成；两个外部半圆上下排列，两个内部半圆相较于外部的半圆绕圆心旋转了90°,呈左右排列；两个外部半圆之间有两处对称地缝隙，两个内部半圆与微带线（3）之间有四处对称地缝隙；两个外部半圆之间的两处缝隙，和两个内部半圆与圆心的微带线（3）之间的四处缝隙，尺寸相同，产生磁谐振，调整缝隙可以调整该结构的等效电容；两个外部半圆产生电谐振，调整两个外部半圆的尺寸可调整等效电感。

全文数据：双频段圆回形左手材料单元技术领域本发明属于无线通信领域，涉及一种双频段圆回形左手材料单元。背景技术左手材料是一种最为经典的超材料，被定义为在某些频段内同时具有负介电常数和负磁导率。由周期性尺寸远远小于工作波长的人工单元结构组成，这类材料可呈现天然材料所不具备的超常物理性能。早在1968年，苏联的理论物理学家Veselago通过对麦克斯韦方程组的细心研究发现，当电磁波在磁导率和介电常数均为负值的材料中的传播时，电磁波传播的相速和群速的方向均呈现出反相的状态，使得电场E、磁场H和传播方向K三矢量相互成左手关系，呈现出了相对于右手螺旋法则的左手螺旋法则，因此将这种材料定义为LHM。1996年，英国帝国理工学院的Pendry教授在实验中使用金属细丝来构造低频的等离子体材料时，发现了呈周期性排列的细金属丝拥有负介电常数。1999年，Pendry教授等进一步提出了开口谐振环（SplitRingResonator,SRR）结构。此后，一系列经典的亚波长结构左手材料单元相继被提出，例如：具有负折射率的性质的Ω型左手材料，由开口谐振环结构提供负磁导率、工字形结构提供负介电常数的组合型超材料结构，由两个不同尺寸的Ｓ形谐振环组成的超材料等。上述超材料的共同特征为入射波的波矢方向须与超材料单元的平面处于同一水平面，大大约束了该类超材料的适用范围，难以应用于实际。进而有学者提出了一种平面超材料结构，该结构用有限长的金属线即可构成，在电磁波垂直入射的情况下，在同一频段内不仅能产生负磁导率，还能产生负介电常数。相较于之前的超材料结构，平面型超材料结构单元传播方向上的尺寸可以与照射电磁波波长相当，因而具有更为广泛的应用范围。显然，平面型的超材料较由金属线和开口谐振环组成的这类超材料拥有更多值得研究的价值。发明内容本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种双频段圆回形左手材料单元，结构简单，易于实现，成本低，同时形成双频段的左手频带。本发明采用的技术方案如下：本发明双频段圆回形左手材料单元，包括介质板及印刷在介质板上的圆回形贴片；圆回形贴片由两个外部半圆、两个内部半圆和一根过圆心的微带线构成；两个外部半圆上下排列，两个内部半圆相较于外部的半圆绕圆心旋转了90°，呈左右排列；两个外部半圆之间有两处对称地缝隙，两个内部半圆与微带线之间有四处对称地缝隙。优选的，两个外部半圆之间的两处缝隙，和两个内部半圆与圆心的微带线之间的四处缝隙，尺寸相同，产生磁谐振，调整缝隙可以调整该结构的等效电容。优选的，两个外部半圆产生电谐振，调整两个外部半圆的尺寸可调整等效电感。优选的，介质板采用厚度为0.8mm的RogressRO4003介质板，尺寸为5mmX5mm。所述双频段圆回形左手材料单元，能够实现较强的谐振，减小单元尺寸。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明双频段圆回形左手材料单元结构简单，易于实现，成本低，同时形成双频段的左手频带。附图说明本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本发明双频段圆回形左手材料单元的结构示意图。图2本发明双频段圆回形左手材料单元的S参数的幅度。图3本发明双频段圆回形左手材料单元的S参数的相位。图4本发明双频段圆回形左手材料单元的介电常数。图5本发明双频段圆回形左手材料单元的有效磁导率。图6本发明双频段圆回形左手材料单元的折射率。图中标记：1为第一外部半圆，1’为第二外部半圆，2为第一内部半圆，2’为第二内部半圆，3为微带线，4为介质板，5为圆回形贴片，6为第一地缝隙，6’为第二地缝隙，7为第三地缝隙，7’为第五地缝隙，8为第四地缝隙，8’为第六地缝隙。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1所示，本发明双频段圆回形左手材料单元，包括介质板4，以及印刷在介质板4上的圆回形贴片5；圆回形贴片5由两个外部半圆、两个内部半圆和一根过圆心的微带线3构成；两个外部半圆上下排列，两个内部半圆相较于外部的半圆绕圆心旋转了90°，呈左右排列；两个外部半圆之间有两处对称地缝隙，两个内部半圆与微带线3之间有四处对称地缝隙。在实施例中，两个外部半圆包括第一外部半圆1和第二外部半圆1’；两个内部半圆包括第一内部半圆2和第二内部半圆2’；第一外部半圆1和第二外部半圆1’之间设有第一地缝隙6和第二地缝隙6’；第一内部半圆2和第二内部半圆2’分别与圆心的微带线3之间设有第三地缝隙7、第四地缝隙8、第五地缝隙7’和第六地缝隙8’；四处缝隙，尺寸相同，产生磁谐振，调整缝隙可以调整该结构的等效电容。在实施例中，两个外部半圆产生电谐振，调整两个外部半圆的尺寸可调整等效电感。在实施例中，介质板4采用厚度为0.8mm的RogressRO4003介质板，尺寸为5mmX5mm。所述双频段圆回形左手材料单元，能够实现较强的谐振，减小单元尺寸。仿真得到本发明双频段圆回形左手材料单元的散射参数如图2和图3所示，其中图2描述了S参数的幅度，图3描述了S参数的相位。如图2所示，S11和S21的幅度变化分别在9.8GHz附近出现了波谷和投射峰，同时在朝着0GHz的方向呈波谷和投射峰的趋势变化，如图3所示，在S11和S21在6.5GHz、8GHz、10GHz和11GHz附近均出现了大幅度的相位变化。利用等效参数提取方法对参数进行有效的提取，得到的圆回形左手材料单元的有效参数如图4和图5所示，其中图4为有效介电常数，图5为有效磁导率，由图4可以看出有效介电常数的实部在0-15GHz整个频段内均为负值，在图5中可以观察到，除了在7.5GHz-8.2GHz频率范围内有效磁导率的实部为正值以外，在0-15GHz范围内的其他频段均在零以下，进而得到圆回形左手材料单元的折射率如图6所示，除了7.3GHz-7.7GHz频段内的折射率为零以外，在0-15GHz范围内的其他频段，该材料单元的折射率均为负，实现左手频带。本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

权利要求：1.双频段圆回形左手材料单元，其特征在于：包括介质板（4）及印刷在介质板（4）上的圆回形贴片（5）；圆回形贴片（5）由两个外部半圆、两个内部半圆和一根过圆心的微带线（3）构成；两个外部半圆上下排列，两个内部半圆相较于外部的半圆绕圆心旋转了90°,呈左右排列；两个外部半圆之间有两处对称地缝隙，两个内部半圆与微带线（3）之间有四处对称地缝隙。2.根据权利要求1所述的双频段圆回形左手材料单元，其特征在于：两个外部半圆之间的两处缝隙，和两个内部半圆与圆心的微带线（3）之间的四处缝隙，尺寸相同，产生磁谐振，调整缝隙可以调整该结构的等效电容。3.根据权利要求1所述的双频段圆回形左手材料单元，其特征在于：两个外部半圆产生电谐振，调整两个外部半圆的尺寸可调整等效电感。4.根据权利要求1所述的双频段圆回形左手材料单元，其特征在于：介质板（4）采用厚度为0.8mm的RogressRO4003介质板，尺寸为5mmX5mm。

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