一种加载电容的可调谐双频负磁导率超材料制造技术

本发明专利技术公开了一种加载电容的可调谐双频负磁导率超材料，其由若干个微结构单元组成，微结构单元由介质基板、谐振线圈、两个电容组成，谐振线圈设于介质基板的上表面上，谐振线圈由外半径从大到小的第一金属环、第二金属环、第三金属环内外嵌套而成，第一金属环和第二金属环在上侧截断后串联连接构成外回路、第二金属环和第三金属环在下侧截断后串联连接构成内回路，电容设于介质基板的下表面上，第一个电容的两端与上侧截断后串联的两个串联点一一对应连接，第二个电容的两端与下侧截断后串联的两个串联点一一对应连接；优点是具备两个负磁导率谐振频点、宽动态频率调谐特性、谐振深度可调，且结构简单、厚度薄、制作成本低、易于实现且便于集成。

A tunable dual frequency negative permeability super material loaded with capacitor

【技术实现步骤摘要】
一种加载电容的可调谐双频负磁导率超材料
本专利技术涉及一种电子与电磁功能材料，尤其是涉及一种加载电容的可调谐双频负磁导率超材料。
技术介绍
在等效媒质理论中，物质的电磁特性通常由介电常数和磁导率两个宏观参数来描述，而物质的折射率与该物质的介电常数和磁导率满足关系，其中，n表示物质的折射率，ε(ω)表示物质的介电常数，μ(ω)表示物质的磁导率，ω表示频率。根据物质的介电常数和磁导率的正负，可将物质分为四类：第一类为介电常数和磁导率同时大于零，自然界中绝大多数物质属于此类；第二类为介电常数小于零，磁导率大于零，又称负电材料，当入射电磁波频率小于等离子体频率时，等离子体的等效介电常数为负，比如光频中的金属；第三类为介电常数大于零，磁导率小于零，又称负磁材料；第四类为介电常数和磁导率同时小于零，又称左手负折射率材料，其在聚焦天线、微波/光学成像、电磁隐身等诸多应用领域有极大的应用前景。1996年到1999年J.B.Pentry等人相继提出了微波频段的负电材料和负磁材料，为负折射率实现奠定了基础，而第三类负磁材料是其中最关键的难点。负磁材料不仅可应用于负折射率材料设计，而且可应用于磁共振成像、磁场聚焦、MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出)/阵列天线互耦改善、磁屏蔽、无线功率传输等诸多领域。2007年以来，磁谐振式无线能量传输(WirelessPowerTransmission，WPT)技术开始兴起，与静场感应方式相比，其传输距离更远，也能承受较大功率。磁谐振式无线能量传输技术的传输效率与收发谐振线圈间耦合程度相关，而耦合系数的强烈依赖于两者的间距距离。由于线圈所激发的磁场随传输距离呈指数倍衰减，因此导致长距离下耦合系数恶化，限制其在电子系统中的实际应用范围。目前，主要通过优化接收线圈以提高线圈互感系数，或改善接收端匹配电路，使更多的电能耦合到接收端。而这些方法没有从源头上解决磁场能量衰减问题，因此迫切的需要控制收发端谐振线圈间的磁场分布，以解决传输距离短、传输效率低以及系统集成度差等问题。基于人工微结构的负磁超材料，具有倏逝场放大、磁场聚焦的效应，结合超透镜原理，在无线传输系统应用中前景广阔。传统的负磁材料有MnF2和FeF2等反铁磁性材料，存在厚度大、体积大、工作频率非标准化等问题，不利于器件和系统集成。基于亚波长结构的负磁超材料具备厚度薄、结构小、工作频率稳定等优点，已有报道可实现的负磁谐振微结构包括开口谐振环、“凹”字型、之字形、螺绕环等，然而这些微结构存在只具备单一谐振频点、周期尺寸不够小、缺乏动态调谐的缺点。因此，在集成度高的多样化电子系统和日益复杂的电磁兼容环境中，迫切的需要一种单元尺寸小、便于集成、宽动态频率调谐、谐振深度可调的双频/多频负磁超材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种加载电容的可调谐双频负磁导率超材料，其具备两个负磁导率谐振频点、宽动态频率调谐特性、谐振深度可调，且其结构简单、厚度薄、制作成本低、易于实现且便于器件和芯片集成。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种加载电容的可调谐双频负磁导率超材料，其特征在于由1个微结构单元组成或由多个微结构单元以1个微结构单元为一个周期排列组成，所述的微结构单元由介质基板、谐振线圈、两个电容组成，所述的谐振线圈设置于所述的介质基板的上表面上，所述的谐振线圈由外半径从大到小的第一金属环、第二金属环、第三金属环内外嵌套而成，且所述的第一金属环和所述的第二金属环在上侧截断后串联连接构成外回路、所述的第二金属环和所述的第三金属环在下侧截断后串联连接构成内回路，所述的外回路与所述的内回路构成完整的闭合回路，两个所述的电容设置于所述的介质基板的下表面上，第一个所述的电容用于低频谐振点的调谐，第一个所述的电容的两端与所述的第一金属环和所述的第二金属环在上侧截断后串联的两个串联点一一对应连接，第二个所述的电容用于高频谐振点的调谐，第二个所述的电容的两端与所述的第二金属环和所述的第三金属环在下侧截断后串联的两个串联点一一对应连接。所述的第一金属环和所述的第二金属环在上侧截断后形成一个外缺口，位于所述的外缺口的一侧的所述的第一金属环被截断的一端与所述的第二金属环被截断的一端之间通过第一上侧金属线连接、位于所述的外缺口的另一侧的所述的第一金属环被截断的另一端与所述的第二金属环被截断的另一端之间通过第二上侧金属线连接，使所述的第一金属环与所述的第二金属环串联连接构成所述的外回路，而所述的第一上侧金属线和所述的第二上侧金属线作为串联点；所述的第二金属环和所述的第三金属环在下侧截断后形成一个内缺口，位于所述的内缺口的一侧的所述的第二金属环被截断的一端与所述的第三金属环被截断的一端之间通过第一下侧金属线连接、位于所述的内缺口的另一侧的所述的第二金属环被截断的另一端与所述的第三金属环被截断的另一端之间通过第二下侧金属线连接，使所述的第二金属环与所述的第三金属环串联连接构成所述的内回路，而所述的第一下侧金属线和所述的第二下侧金属线作为串联点。所述的介质基板的相对介电常数为2.2～6、损耗正切值为0.001～0.25，所述的介质基板的厚度为0.1mm～1.5mm、边长为8.5mm。所述的第一金属环的外半径为2.5mm～4mm，所述的第二金属环的外半径为2.25mm～3.75mm，所述的第三金属环的外半径为2mm～3.5mm，所述的第一金属环、所述的第二金属环、所述的第三金属环的环宽均为0.1mm～0.3mm、厚度均为0.03mm～0.2mm，所述的第一金属环与所述的第二金属环之间的间隙距离、所述的第二金属环与所述的第三金属环之间的间隙距离均为0.15mm～0.45mm。所述的外缺口和所述的内缺口的宽度均为0.5mm～1.2mm，如设计为0.8mm。所述的第一上侧金属线、所述的第二上侧金属线、所述的第一下侧金属线、所述的第二下侧金属线宽度均为0.1mm～0.3mm。一般情况下，可将第一上侧金属线、第二上侧金属线、第一下侧金属线、第二下侧金属线的宽度设置为与第一金属环、第二金属环、第三金属环的环宽一致，但实际上只要确保第一上侧金属线、第二上侧金属线、第一下侧金属线、第二下侧金属线能够起到良好的连接作用即可，对宽度没有严格限制，如设计为0.2mm。所述的电容选用高频贴片电容，第一个所述的电容与所述的外缺口的位置对应，第二个所述的电容与所述的内缺口的位置对应。第一个电容的一端通过导线穿过介质基板与第一上侧金属线连接，第一个电容的另一端通过导线穿过介质基板与第二上侧金属线连接，第二个电容的一端通过导线穿过介质基板与第一下侧金属线连接，第二个电容的另一端通过导线穿过介质基板与第二下侧金属线连接；或可直接通过介质基板上与第一上侧金属线、第二上侧金属线、第一下侧金属线、第二下侧金属线对应的位置处开设的通孔(通孔的半径可为0.1mm～0.2mm)焊接连接。所述的电容的大小为0.1pF～3.5pF，如选用大小为2pF的电容。多个所述的微结构单元以1个所述的微结构单元为一个周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加载电容的可调谐双频负磁导率超材料，其特征在于由1个微结构单元组成或由多个微结构单元以1个微结构单元为一个周期排列组成，所述的微结构单元由介质基板、谐振线圈、两个电容组成，所述的谐振线圈设置于所述的介质基板的上表面上，所述的谐振线圈由外半径从大到小的第一金属环、第二金属环、第三金属环内外嵌套而成，且所述的第一金属环和所述的第二金属环在上侧截断后串联连接构成外回路、所述的第二金属环和所述的第三金属环在下侧截断后串联连接构成内回路，所述的外回路与所述的内回路构成完整的闭合回路，两个所述的电容设置于所述的介质基板的下表面上，第一个所述的电容用于低频谐振点的调谐，第一个所述的电容的两端与所述的第一金属环和所述的第二金属环在上侧截断后串联的两个串联点一一对应连接，第二个所述的电容用于高频谐振点的调谐，第二个所述的电容的两端与所述的第二金属环和所述的第三金属环在下侧截断后串联的两个串联点一一对应连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种加载电容的可调谐双频负磁导率超材料，其特征在于由1个微结构单元组成或由多个微结构单元以1个微结构单元为一个周期排列组成，所述的微结构单元由介质基板、谐振线圈、两个电容组成，所述的谐振线圈设置于所述的介质基板的上表面上，所述的谐振线圈由外半径从大到小的第一金属环、第二金属环、第三金属环内外嵌套而成，且所述的第一金属环和所述的第二金属环在上侧截断后串联连接构成外回路、所述的第二金属环和所述的第三金属环在下侧截断后串联连接构成内回路，所述的外回路与所述的内回路构成完整的闭合回路，两个所述的电容设置于所述的介质基板的下表面上，第一个所述的电容用于低频谐振点的调谐，第一个所述的电容的两端与所述的第一金属环和所述的第二金属环在上侧截断后串联的两个串联点一一对应连接，第二个所述的电容用于高频谐振点的调谐，第二个所述的电容的两端与所述的第二金属环和所述的第三金属环在下侧截断后串联的两个串联点一一对应连接。


2.根据权利要求1所述的一种加载电容的可调谐双频负磁导率超材料，其特征在于所述的第一金属环和所述的第二金属环在上侧截断后形成一个外缺口，位于所述的外缺口的一侧的所述的第一金属环被截断的一端与所述的第二金属环被截断的一端之间通过第一上侧金属线连接、位于所述的外缺口的另一侧的所述的第一金属环被截断的另一端与所述的第二金属环被截断的另一端之间通过第二上侧金属线连接，使所述的第一金属环与所述的第二金属环串联连接构成所述的外回路，而所述的第一上侧金属线和所述的第二上侧金属线作为串联点；所述的第二金属环和所述的第三金属环在下侧截断后形成一个内缺口，位于所述的内缺口的一侧的所述的第二金属环被截断的一端与所述的第三金属环被截断的一端之间通过第一下侧金属线连接、位于所述的内缺口的另一侧的所述的第二金属环被截断的另一端与所述的第三金属环被截断的另一端之间通过第二下侧金属线连接，使所述的第二金属环与所述的第三金属环串联连接构成所述的内回路，而所述的第一下侧金属线和所述的第二下侧金属线作为串联点。


3.根据权利要求2所述的一种加载电容的可调谐双频负...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏华，马达，汪丽丽，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33