[发明专利]一种负磁导率超材料

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，具体地涉及一种负磁导率超材料。

背景技术

目前，国际社会对磁导率方面已有大量的研究，其中对于正磁导率的研究已经趋于成熟，对于负磁导率超材料的研究是现在国内外研究的热点，负磁导率具有量子极化作用，可以对入射波产生极化作用，因此作用范围很大，如在医学成像领域中的磁共振成像技术，负磁导率材料能够加强电磁波的成像效果，另外负磁导率材料在透镜研究方面亦有重要作用，在工程领域，磁导率通常都是指相对磁导率，为物质的绝对磁导率μ与磁性常数μ₀(又称真空磁导率)的比值，μ_r＝μ/μ₀，无量纲值。通常“相对”二字及符号下标r都被省去。磁导率是表示物质受到磁化场H作用时，内部的真磁场相对于H的增加(μ＞1)或减少(μ＜1)的程度。至今发现的自然界已存在的材料中，μ都是大于0的。

超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料。目前，现有的人造微结构的几何形状为“工”字形或者如图1所示的类似“凹”字形的开口环形，但这结构都不能实现磁导率μ明显小于0或使超材料谐振频率显著降低，只有通过设计具有特殊几何图形的人造微结构，才能使得该人工电磁材料在特定频段内达到磁导率μ值小于0，并具有较低的谐振频率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术中负磁导率超材料呈各向异性且谐振频率范围较窄的情况，提供一种频点范围较宽的各向同性负磁导率超材料。

本发明实现发明目的采用的技术方案是，所述超材料包括介质基板以及固定在介质基板上的多个人造微结构，所述人造微结构由四根相同的金属线自内向外等间距嵌套而成，所述金属线为多重螺旋线，所述每重螺旋线包括四段等圆心角的圆弧线，所述任两相邻圆弧线的半径差相等，所述任两相邻圆弧线由一金属连接线相连。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述金属连接线为斜线。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述圆弧线与所述金属连接线的线宽相等。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述人造微结构的尺寸为，长2-7mm，宽2-7mm。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述任两相邻圆弧线的半径差不小于0.2mm。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述金属线的线宽0.05-0.15mm，所述金属连接线的线宽0.05-0.15mm。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述金属线的线间距0.05-0.15mm，所述金属连接线的线间距0.05-0.15mm。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述金属线的厚度0.015-0.020mm，所述金属连接线的厚度0.015-0.020mm。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述超材料的介质基板为FR-4基板或陶瓷基板。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述介质基板划分为多个相同的立方体介质基板单元，每个介质基板单元上附着有一个人造微结构。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述介质基板单元沿两两正交垂直的x、y、z三个方向阵列排布。

本发明的有益效果在于，人造微结构由四根相同的金属线自内向外等间距嵌套而成，金属线长度的表征结构可以等效为电感，相邻两金属线可以等效为电容，金属线绕线圈数增加，金属线长度随之增加，则电感增大，电容增大，在实现超材料负磁导率的同时，对应的谐振频率点就会降低，可以根据需要，调整谐振频率频点及频段，根据本发明人造微结构的形状可知，超材料呈各向同性，具有良好的发展前景。

附图说明

图1，现有负磁导率超材料人造微结构示意图；

图2，本发明优选实施例超材料示意图；

图3，本发明优选实施例超材料单元示意图；

图4，本发明优选实施例人造微结构示意图；

图5，现有负磁导率超材料的磁导率仿真效果示意图；

图6，本发明优选实施例的磁导率仿真效果示意图；

图中，1人造微结构、2介质基板、3介质基板单元、10超材料单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。