一种应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法技术

本发明专利技术涉及电磁超材料领域，为了使得设计的超材料更为准确、实用，本发明专利技术提供了一种应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法。该设计方法可以包括以下步骤：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。本发明专利技术提出的设计方法主要优点有：仿真结果与制作的超材料实物S21测量结果吻合度较高；以实际应用的超材料尺寸为仿真结构，仿真结果更可信，因此在磁共振领域更实用。

A metamaterial design method for high field magnetic resonance RF coils

The invention relates to the field of electromagnetic metamaterials, in order to make the design of metamaterials more accurate and practical, the present invention provides a metamaterial design method for high field magnetic resonance radio-frequency coils. The method comprises the following steps: the electromagnetic simulation of metamaterial periodic structure, metamaterial periodic structure design using electromagnetic simulation software, the S parameters of metamaterials to magnetic resonance frequency; the extraction of the effective permeability, S21 parameters according to the simulation results, the equivalent permeability of extracting the material; the physical production and the material, making the design of metamaterials. The main advantages of the design method proposed by the invention are: Super materials S21 simulation results and testing results produced by the high degree of coincidence; in the practical application of the metamaterial size for the simulation structure, the simulation results more credible, therefore more practical in the field of magnetic resonance.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法
本专利技术总体上涉及电磁超材料领域，尤其涉及一种应用于高场磁共振射频线圈的超材料设计方法。
技术介绍
磁共振系统主要包括磁体、谱仪、梯度系统、射频系统、图像重建系统等。射频系统主要是通过射频线圈来激发和采集磁共振信号。射频线圈的性能直接影响最终图像的质量。随着科技的发展以及越来越多的学科交叉和融合，不同领域的研究成果相结合逐步成为一种趋势。超材料是一种具有超自然电磁属性的人工复合电磁材料，由单元结构周期分布构成。超材料在射频领域的应用，特别是磁共振射频线圈的应用引起了研究者的兴趣。当电磁波入射时，在超材料结构中形成等效的LC谐振回路，从而通过磁谐振来实现对电磁波的控制和束缚，实现对磁共振射频场的增强等效果，获得更清晰的成像结果。由于高场(3T、7T)磁共振成像环境的要求，超材料的制作材料要求是无磁性，价格比较昂贵。为了达到设计要求，一般都要反复测试和制作。在磁共振领域，射频线圈和超材料的工作频率带宽均属于窄带，设计的超材料工作频率必须非常靠近磁共振的工作频率，即二者不能偏差太大，目前用于天线的超材料设计方法仅对超材料单元结构进行仿真，然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李烨，罗超，李柔，胡小情，刘新，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44