超材料、平板天线、吸波器件、透波器件及电磁调制器件的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及通信领域，尤其涉及一种超材料以及包括该超材料的平板天线、吸波器件、透波器件及电磁调制器件。其中，超材料包括：导电几何结构层和柔性反射层，所述导电几何结构层包括柔性介质基板和设置在所述柔性介质基板层上的导电几何结构，所述导电几何结构层和所述柔性反射层以在二者之间形成空气层的方式彼此间隔地连接。平板天线、吸波器件、透波器件和电磁调制器件均包含上述超材料。由此，本实用新型提供了一种重量较低且便于携带的超材料以及重量较低且便于携带的平板天线、吸波器件、透波器件及电磁调制器件。
【专利说明】超材料、平板天线、吸波器件、透波器件及电磁调制器件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信领域，尤其涉及一种超材料以及包括该超材料的平板天线、吸波器件、透波器件及电磁调制器件。
【背景技术】
[0002]超材料一般包括金属微结构、介质基板层，金属微结构设置在介质基板层上。其中，金属微结构的厚度一般在几十微米的量级，且通过胶连固化等方式分别附着于介质基板层上下两面。介质基板一般由树脂基材料构成，厚度一般在几个毫米量级。
[0003]将该超材料配置成用于平板天线时，金属微结构层的参数选取和排布需要按照特定的方式进行，以实现对电磁波的调制作用。通常，需要根据频率要求设计具有指定特性的功能单元并将其附着在特定的介质基板上。上述方案易受介质基板选材的影响，介质基板的厚度和重量都无法大幅降低，且通常选用的材料在2mm以上的厚度条件下很难实现卷曲性能。
[0004]例如，参照图1，示出了利用上述超材料的平板天线，其是一种仅在一个特定的方向传播的天线，包括金属微结构11、介质基板层12、金属反射层13和馈源14，金属微结构11设置在介质基板层12上，二者共同构成金属微结构层，该金属微结构层用于实现对电磁波的调节作用，具体地，用于实现电磁波相位幅度的调控。其中，金属微结构和金属反射层的厚度一般在几十微米的量级，且通过胶连固化等方式分别附着于介质基板层上下两面。介质基板一般由树脂基材料或低介电常数的陶瓷材料构成，厚度一般在几个毫米量级(大于1_)。在该情形下，平板天线的重量较大且不易弯曲折叠。在口面面积较大的条件下只能通过分块拆分的形式减小携带尺寸，非常不便。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种的重量较低且便于携带的超材料以及包括该超材料的平板天线、吸波器件、透波器件及电磁调制器件。
[0006]为实现上述目的，本实用新型一方面提供一种超材料，包括:导电几何结构层和柔性反射层，导电几何结构层包括柔性介质基板和设置在柔性介质基板层上的导电几何结构；其中，导电几何结构层和柔性反射层以在二者之间形成空气层的方式彼此间隔地连接。
[0007]根据本实用新型，还包括:限位件，支撑在导电几何结构层和柔性反射层之间。
[0008]根据本实用新型，导电几何结构层和柔性反射层可拆卸地固定连接。
[0009]根据本实用新型，限位件、导电几何结构层和柔性反射层固化连接。
[0010]根据本实用新型，导电几何结构设置在柔性介质基板的一表面。
[0011]根据本实用新型，柔性反射层位于柔性介质基板的与导电几何结构相反的一侧。
[0012]根据本实用新型，导电几何结构设置在柔性介质基板的两相对表面。
[0013]根据本实用新型，导电几何结构为由金属或非金属的导电材料构成的微结构。
[0014]根据本实用新型，微结构为十字雪花形结构。
[0015]根据本实用新型，柔性介质基板的厚度小于0.5毫米。
[0016]根据本实用新型，柔性介质基板由具有柔性卷曲特性的陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、或铁磁材料制成。
[0017]根据本实用新型，柔性反射层为柔性的金属反射层。
[0018]本实用新型的另一方面提供一种平板天线，包括馈源以及如上述任一项的超材料。
[0019]本实用新型的再一方面提供一种电磁调制器件，包括如上述任一项的超材料。
[0020]本实用新型的再一方面提供一种透波器件，包括如上述任一项的超材料。
[0021]本实用新型的再一方面提供一种吸波器件，包括如上述任一项的超材料。
[0022]相比于现有技术，本发明的有益效果在于:
[0023]本实用新型的超材料，以柔性介质基板承载导电几何结构，并以空气层配合导电几何结构和柔性介质基板实现对于电磁波的调制作用。由此，一方面，本实用新型的超材料整体为柔性并可弯曲折叠，从而可以通过卷曲或折叠减小携带尺寸。另一方面，其具有较轻的重量。进而，本实用新型的超材料具有良好的轻便性和可携带性。
[0024]本实用新型的平板天线，包括上述超材料。由此，该平板天线可弯曲折叠且具有较轻的重量。进而，本实用新型的平板天线具有良好的轻便性和可携带性。
[0025]本实用新型的吸波器件，包括上述超材料。由此，该吸波器件可弯曲折叠且具有较轻的重量。进而，本实用新型的吸波器件具有良好的轻便性和可携带性。
[0026]本实用新型的透波器件，包括上述超材料。由此，该透波器件可弯曲折叠且具有较轻的重量。进而，本实用新型的透波器件具有良好的轻便性和可携带性。
[0027]本实用新型的电磁调制器件，包括上述超材料。由此，该电磁调制器件可弯曲折叠且具有较轻的重量。进而，本实用新型的电磁调制器件具有良好的轻便性和可携带性。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1现有技术中的平板天线的结构示意图；
[0029]图2是本实用新型的超材料的一个实施例的结构示意图；
[0030]图3是本实用新型的平板天线的一个实施例中的超材料的立体示意图，其具有与图2相同的结构；
[0031]图4是图3的平板天线中的导电几何结构的排布示意图；
[0032]图5是图4的平板天线中的导电几何结构排布的局部示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下参见附图描述本实用新型的【具体实施方式】。
[0034]参照图2，本实用新型的超材料的一个实施例，其包括导电几何结构层21和柔性反射层22，导电几何结构层21包括柔性介质基板和设置在柔性介质基板层上的导电几何结构。其中，导电几何结构层21和柔性反射层22以在二者之间形成空气层23的方式彼此间隔地连接。即，柔性反射层22和包括柔性介质基板和导电几何结构的导电几何结构层21连接，形成了整体超材料。
[0035]本实施例的超材料，以柔性介质基板承载导电几何结构，并以空气层23配合导电几何结构和柔性介质基板实现对于电磁波的调制作用。相比较于图1中示出的现有技术的超材料，本实施例通过柔性介质基板和空气层23配合替代了图1中的介质基板层，一方面，柔性介质基板和空气层23的配合使得超材料是整体柔性、可弯曲折叠的，从而可以通过卷曲或折叠减小携带尺寸，并且其重量较现有技术的超材料具有明显地下降。另一方面，导电几何结构、柔性介质基板和空气层23的配合实现了对于电磁波的调制作用。由此，在同样可以实现对于电磁波的调制作用的情况下，本实施例的超材料具有良好的轻便性和可携带性。
[0036]具体地，在本实施例中，导电几何结构为由金属或非金属的导电材料构成的微结构，柔性反射层22为柔性的金属反射层。其中，微结构是通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子亥搣离子刻的方法附着在柔性介质基板上。制作微结构的金属可以为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金或铝合金；制作微结构的非金属导电材料可以为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。进一步，微结构为雪花形结构。该雪花形结构包括十字形结构以及分别设置在十字形结构的四个端点上的四个尺寸相同的一字形结构。更加具体地，在本实施例中，每个十字形结构由两种不同设计的功能单元(分别为竖直功能单元211和水平功能单元212)，以实现对两个频段的电磁波起到调制作用。并且，在本实施例中，导电几何结构为单层导电几何结构，导电几何结构由金属导电材料或非金属导电材料形成。
[0037]在本实用新型的不同实施例中，导电几何结构可设置在柔性介质基板的一表面，也可设置在柔性介质基板的相对两个表面上均设置导电几何结构。具体到本实施例中，导电几何结构设置导电几何结构设置在柔性介质基板的一侧表面上，同时柔性反射层22位于柔性介质基板的另一侧并且与柔性介质基板间隔开，在柔性反射层22与柔性介质基板之间形成了空气层23。换言之，柔性反射层22与导电几何结构分别位于柔性介质基板的两侦U。当然，在其它可选的实施例中，柔性反射层22与导电几何结构可设置在柔性介质基板的同一侧上。
[0038]进一步，参照图2，本实施例的超材料还包括限位件24，该限位件24支撑在导电几何结构层21和柔性反射层22之间，以将导电几何结构层21和柔性反射层22间隔开。导电几何结构层21和柔性反射层22相互平行，限位件24在垂直于导电几何结构层21和柔性反射层22的表面的方向上的长度(即导电几何结构层21和柔性反射层22之间的距离)是由导电几何结构层21在指定频段下的电磁仿真数据决定的，一般在几个毫米的量级。其中，可选择地，限位件24与柔性介质基板和柔性反射层22通过粘接等方式固定连接，并通过例如螺栓26的紧固件将柔性介质基板和柔性反射层22可拆卸地固定连接在一起。或者，可选择地，在限位件24的长度小于或等于5mm时，限位件24、导电几何结构层21和柔性反射层22固化连接在一起。将限位件24、导电几何结构层21和柔性反射层22固化连接在一起，不会影响整体超材料的可卷曲特性，并进一步能够降低装配难度。
[0039]此外，优选地，限位件24为圆柱体或长方体且由非金属材料制成，限位件24的介电常数在1.0-1.2的范围内。
[0040]另外，优选地，柔性介质基板的厚度小于0.5毫米，更加优选地，导电几何结构层21的厚度小于0.5毫米。由此，导电几何结构层21的厚度明显小于现有结构中的金属导电几何结构层的厚度，更加优化了该超材料的可携带性和轻便性。并且，优选地，柔性介质基板可由具有柔性卷曲特性的陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。其中，具有柔性卷曲特性的材料是指柔性的且可卷曲的材料。
[0041]参照图3和图4，本实用新型的平板天线中的超材料即为图2中示出的超材料，并且，平板天线还包括馈源25。通过配置该超材料中的导电几何结构层21和空气层23，实现对于电磁波的调节作用，以实现平板天线所需要的电磁性能。并且，配以相应的馈源25即可实现平板天线的信号收发功能。具体地，由于导电几何结构层21地的作用在于调制电磁波，因此其参数选取和排布需要按照特定的方式进行。主要的依据是平板天线的设计出射方向和平板天线的信号入射相位分布，由此可以计算出每个坐标点处需要的导电几何结构参数。其中，导电几何结构为雪花形结构。在导电几何结构的选取上自由度很大，可以根据实际频段和极化方式进行挑选。在本实施例中，导电几何结构为单层导电几何结构，导电几何结构由金属导电材料或非金属导电材料形成。
[0042]该平板天线包括上述超材料，由此，该平板天线可弯曲折叠且具有较轻的重量。进而，平板天线具有良好的轻便性和可携带性。其中，由于图1中示出的介质基板层，具有图2-4中示出的超材料的平板天线在重量上比图1示出的同类平板天线轻30 %以上。
[0043]本实用新型的吸波器件，包括图2-4中示出的超材料。通过配置该超材料中的导电几何结构层21和空气层23，实现对于电磁波的调节作用，以实现平板天线所需要的电磁性能。该吸波器件包括上述超材料，由此，该吸波器件可弯曲折叠且具有较轻的重量。进而，吸波器件具有良好的轻便性和可携带性。
[0044]本实用新型的透波器件，包括图2-4中示出的超材料。通过配置该超材料中的导电几何结构层21和空气层23，实现对于电磁波的调节作用，以实现透波器件所需要的电磁性能。该透波器件包括上述超材料，由此，该透波器件可弯曲折叠且具有较轻的重量。进而，透波器件具有良好的轻便性和可携带性。
[0045]本实用新型的电磁调制器件，包括图2-4中示出的超材料。通过配置该超材料中的导电几何结构层21和空气层23，实现对于电磁波的调节作用，以实现电磁调制器件所需要的电磁性能。该电磁调制器件包括上述超材料，由此，该电磁调制器件可弯曲折叠且具有较轻的重量。进而，电磁调制器件具有良好的轻便性和可携带性。。
[0046]以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种超材料，其特征在于，包括: 导电几何结构层(21)和柔性反射层(22)，所述导电几何结构层(21)包括柔性介质基板和设置在所述柔性介质基板层上的导电几何结构； 其中，所述导电几何结构层(21)和所述柔性反射层(22)以在二者之间形成空气层(23)的方式彼此间隔地连接。
2.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，还包括: 限位件(24)，支撑在所述导电几何结构层(21)和所述柔性反射层(22)之间。
3.根据权利要求1或2所述的超材料，其特征在于， 所述导电几何结构层(21)和所述柔性反射层(22)可拆卸地固定连接。
4.根据权利要求2所述的超材料，其特征在于， 所述限位件(24)、所述导电几何结构层(21)和所述柔性反射层(22)固化连接。
5.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构设置在所述柔性介质基板的一表面。
6.根据权利要求5所述的超材料，其特征在于，所述柔性反射层(22)位于所述柔性介质基板的与所述导电几何结构相反的一侧。
7.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构设置在所述柔性介质基板的两相对表面。
8.根据权利要求1、2、4-7中任一项所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构为由金属或非金属的导电材料构成的微结构。
9.根据权利要求8所述的超材料，其特征在于，所述微结构为十字雪花形结构。
10.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于， 所述柔性介质基板的厚度小于0.5毫米。
11.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于， 所述柔性介质基板由具有柔性卷曲特性的陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、或铁磁材料制成。
12.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于， 所述柔性反射层(22)为柔性的金属反射层。
13.一种平板天线，其特征在于，包括馈源以及如权利要求1-12中任一项所述的超材料。
14.一种电磁调制器件，其特征在于，包括如权利要求1-12中任一项所述的超材料。
15.一种透波器件，其特征在于，包括如权利要求1-12中任一项所述的超材料。
16.一种吸波器件，其特征在于，包括如权利要求1-12中任一项所述的超材料。
【文档编号】H01Q15/00GK204243206SQ201420736407
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】不公告发明人 申请人:深圳光启高等理工研究院