一种基于共面波导的两侧加载有狭缝的单负超材料异质结

技术领域

本发明涉及超材料领域，尤其涉及的是，一种基于共面波导的两侧加载有狭缝的单负超材料异质结。

背景技术

微波谐振腔作为一种重要的微波元件，在微波技术中有着广泛的用途。为了使器件小型化，或为了某些特殊应用，很多情况下人们希望在保证谐振腔共振频率不变的情况下，其长度能够尽可能小，例如小于半个波长或更短。为了解决该问题，文献“TuanhuiFeng, Hongpei Han, Limin Wang, Fei Yang, Feiyun Zhang, A new method offabricating single negative metamaterials based on coplanar waveguide [J],Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2018,29(14): 11886-11891.”提出了一种能够突破半波长极限的亚波长谐振腔，该基于共面波导的谐振腔的长度和共振频率无关，在保证共振频率不变的情况下，谐振腔的长度可长可短，从而可以小于半个波长或更短。该亚波长谐振腔是通过由电单负超材料和磁单负超材料组成的异质结实现的。然而，这种基于单负超材料异质结的谐振腔也有其缺点，那就是当谐振腔的长度较短时，谐振腔的品质因数较低。而品质因数是谐振腔的一个重要特征参数，很多情况下，人们都希望谐振腔具有较高的品质因数。因此，现有技术即文献“Tuanhui Feng, Hongpei Han,Limin Wang, Fei Yang, Feiyun Zhang, A new method of fabricating singlenegative metamaterials based on coplanar waveguide [J], Journal of MaterialsScience: Materials in Electronics, 2018,29(14): 11886-11891.”所提出的基于共面波导的亚波长谐振腔存在缺陷（当谐振腔的长度较短时，品质因数较低），需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对于长度较短的由基于共面波导的单负超材料异质结组成的亚波长谐振腔，实现其品质因数的增强，从而实现一种长度较短时，也具有较高品质因数的基于共面波导的新型亚波长谐振腔。

为实现上述目的，本发明采用了下述的技术方案：一种基于共面波导的两侧加载有狭缝的单负超材料异质结，包括共面波导、贴片电容、贴片电感、狭缝；

所述共面波导的中心导带左侧半段周期性地刻有狭缝,所述贴片电容跨过狭缝，左右两端通过焊锡与共面波导的中心导带接通，形成磁单负超材料；

在所述共面波导右侧半段周期性地且对称地(关于共面波导的中心导带)加载所述贴片电感，每一个贴片电感都跨过共面波导的中心导带与共面波导的接地板之间的缝隙，两端通过焊锡分别和共面波导的中心导带及共面波导的接地板接通，形成电单负超材料；

在所述共面波导的中心导带上分别于所述磁单负超材料的左侧以及电单负超材料的右侧刻有两个狭缝, 并且所述磁单负超材料左侧的狭缝与磁单负超材料无间隔紧邻，所述电单负超材料右侧的狭缝与电单负超材料无间隔紧邻。

优选的，所述共面波导是利用单面印刷电路板实现，即所述共面波导背面没有覆铜。

相对于现有技术的有益效果是，采用上述方案，本发明提出的由基于共面波导的两侧加载有狭缝的单负超材料异质结组成的亚波长谐振腔在长度较短时，也具有较高的品质因数，从而克服了现有技术存在的缺陷，即长度较短时，由基于共面波导的单负超材料异质结组成的亚波长谐振腔品质因数较低。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明所提出的基于共面波导的两侧加载有狭缝的单负超材料异质结与单纯的基于共面波导的单负超材料异质结传输特性曲线的比较。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“垂直”、“ 上下贯穿”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。

如图1所示，本发明的一个实施例是，该基于共面波导的两侧加载有狭缝的单负超材料异质结包括共面波导1、贴片电容2、贴片电感3、狭缝9；

所述共面波导1的中心导带4左侧半段周期性地刻有狭缝5，所述贴片电容2跨过狭缝5，左右两端通过焊锡与共面波导1的中心导带4接通，从而形成磁单负超材料6；

在所述共面波导1右侧半段周期性地且对称地(关于共面波导的中心导带)加载所述贴片电感3，每一个贴片电感3都跨过共面波导的中心导带4与共面波导的接地板7之间的缝隙，两端通过焊锡分别和共面波导的中心导带4及共面波导的接地板7接通，从而形成电单负超材料8，进而和左侧的磁单负超材料6组成异质结结构；

在所述共面波导的中心导带4上分别于所述磁单负超材料6的左侧以及电单负超材料8的右侧刻有两个狭缝9,且所述磁单负超材料6左侧的狭缝与磁单负超材料6无间隔紧邻，所述电单负超材料8右侧的狭缝与电单负超材料8无间隔紧邻。

优选的，所述共面波导是利用单面印刷电路板实现，即所述共面波导背面没有覆铜。

根据本发明所提出的技术方案，我们设计了样品，样品采用的是介电常数为4.75，介质板厚度为1.6mm的单面印刷电路板，共面波导的中心导带宽度为4.5 mm，共面波导的中心导带和共面波导的接地板之间缝隙的宽度为0.52mm。对于左侧的磁单负超材料，加载的贴片电容的值为1.8 pF，一个单元的长度（即一个贴片电容所占有的共面波导中心导带的长度或者说两个相邻贴片电容中心之间的距离）为4mm，整个磁单负超材料包含两个单元；对于右侧的电单负超材料，加载的贴片电感的值为12 nH，一个单元的长度（即关于共面波导中心导带互相对称的两个贴片电感所占有的共面波导中心导带的长度）也为4mm，整个电单负超材料也包含两个单元。由磁单负超材料和电单负超材料组成的异质结两侧两个狭缝的宽度均为0.3mm。

图2(b)给出了前述所设计样品的传输特性曲线，图2(a)给出了单纯的由磁单负超材料和电单负超材料组成的异质结（即去掉前述样品中由两种单负超材料组成的异质结两侧的狭缝）的传输特性曲线。对比图2(a)和图2(b)可以看出，当在由两种单负超材料组成的异质结两侧增加两个狭缝时，可以实现品质因数的大幅提高。因此，通过本发明技术方案可以实现一种长度较短时，也具有较高品质因数的基于共面波导的新型亚波长谐振腔。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。