[发明专利]一种应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法

权利要求书

1.一种应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于包括以下步骤：

超材料周期结构的电磁场仿真，使用电磁场仿真软件对超材料周期结构进行结构设计，使所述超材料的S参数达到磁共振工作频率；

等效磁导率的提取，根据仿真的S₂₁参数结果，提取所述超材料的等效磁导率；以及

所述超材料的实物制作，制作所设计的所述超材料。

2.根据权利要求1所述的应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对超材料周期结构建模，并进行电磁场仿真的参数设置；

对超材料周期结构进行仿真，调整谐振频率至磁共振工作频率；

导出仿真的S₂₁参数，通过计算提取所述等效磁导率；以及

对制作完成的所述超材料进行S₂₁参数测量，并与仿真的S₂₁结果对比。

3.根据权利要求2所述的应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于，所述超材料的等效磁导率为负，所述超材料周期结构为9×9个单元组成的矩形阵列。

4.根据权利要求2所述的应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据对比的结果确定是否需要对一些参数进行调整，如果是，则调整相应的参数，并重复各个步骤，直至所述对比的结果满足预期的要求。

5.根据权利要求2所述的应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于，还包括：

使用时域求解器进行仿真计算，其中仿真时间设置为使能量收敛至预定的仿真精度。

6.根据权利要求2所述的应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于，还包括：

由仿真软件导出超材料仿真的S₂₁参数的数据，使用Smith法经Matlab程序代码计算，从而得出每一个频点的等效磁导率，以此观察设计的超材料是否满足负磁导率。

7.根据权利要求2所述的应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于，还包括：

使用网络分析仪对超材料的S₂₁参数进行测量，以此观察超材料的工作频率是否在所需的频带上。

8.根据权利要求5所述的应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于，还包括：

使用CPU和GPU加速卡计算，并使用印制电路板制作工艺所设计的所述超材料。

9.根据前述权利要求中任一项所述的应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于，所述电磁场仿真的条件为：绝缘介质的材料为带损耗材料；背景空间的介质为空气；边界条件为前后为磁边界条件，距离超材料表面介于12mm和18mm之间，上下为电边界条件，左右为开放边界条件，距离超材料介于12mm和18mm之间，由此使得，磁场方向穿透超材料表面，引起磁谐振，磁场方向、电场方向与波传播方向垂直，以符合电磁场的特征；端口为在距离开放边界介于2mm和5mm之间的位置各添加一个与开放边界平行的波导端口，距离超材料介于7mm和10mm之间；网格剖分为六面体网格，对绕线进行局部剖分；频率范围为介于所期望频率的±20％之间；求解器为时域求解器。

10.根据权利要求9所述的应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法，其特征在于，所述电磁场仿真的条件为：所采用的仿真软件为CST仿真软件；绝缘介质的材料为罗杰斯5880RT；边界条件为：前后为磁边界条件，距离超材料表面15mm，上下为电边界条件，距离超材料0mm，左右为开放边界条件，距离超材料15mm；端口为在距离开放边界5mm的位置各添加一个与开放边界平行的波导端口，距离超材料10mm；所述绕线为铜绕线；频率范围为100MHz～150MHz；使用所述时域求解器进行仿真计算，使用2个CPU和2个GPU加速卡计算。