[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，μr＝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谐振频率较高的情况，提供一种能使谐振频率显著降低的负磁导率超材料。

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微结构层，所述微结构层上周期性的阵列多个微结构，所述微结构为螺旋形微结构。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述螺旋形微结构为阿基米德螺线形微结构。

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。

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。

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。

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FR-4基板的介电常数为4.2-4.6。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述陶瓷基板的介电常数为8-16。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述金属线旋转圈数大于2。

本发明的有益效果在于，本法明的微结构为阿基米德螺线形微结构，每一圈金属线都有线间电容，绕线圈数越多，相当于增加了超材料电容，同时，金属线长度越长，相当于增加了超材料的电感，电容和电感增加，超材料对应的谐振频率就会降低，根据上述微结构的形状可知，超材料呈各项异性，这种可以显著降低谐振频率的负磁导率超材料具有良好的发展前景。

【附图说明】

图1，现有的负磁导率超材料微结构示意图；

图2，本发明微结构示意图；

图3，本发明微结构放大示意图；

图4，本发明实施例侧视图；

图5，图4的左视图；

图6，现有的负磁导率超材料的磁导率仿真效果示意图；

图7，本发明负磁导率超材料的磁导率仿真效果示意图；

图中，1微结构层、2介质基板、3微结构、10超材料片层。

【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。

本发明提供一种负磁导率超材料，如图4、图5所示，包括介质基板2、以及固定在介质基板上的微结构层1，微结构层1上周期性的阵列着微结构3，微结构3阿基米德螺线形微结构，本发明微结构示意图参见图2，这种微结构能够使超材料呈各向异性。

这里的阿基米德螺线是指，对于平面上的一点P沿动射线OP以等速率运动的同时，该射线又以等角速度绕O旋转，点P的轨迹称为阿基米德螺线。本发明微结构金属线绕线的形状为阿基米德螺线，对于图2中的微结构，Oe为极坐标系的极点，Oe与阿基米德螺线的一个端点的连线为极坐标系的极轴，则此螺线上的任一一点均可用极坐标(ρe，θ)表示，其中ρe为该点的极径，θ为该点的极角，ρe(θ)表示极长关于极角的函数，阿基米德螺线满足下列条件：1)ρe＝aθ；2)此螺线每条臂的距离永远等于2πa，a为常数。