一种基于超材料制造技术

本发明专利技术公开一种基于超材料

【技术实现步骤摘要】
一种基于超材料、表面线圈和去耦超表面的磁场增强器


[0001]本专利技术涉及磁场增强器领域，特别是涉及一种基于超材料
、
表面线圈和去耦超表面的磁场增强器
。

技术介绍

[0002]磁共振成像（
MRI
）广泛应用于全身肿瘤
、
神经系统等疾病的早期诊断和筛查
。
近些年，电磁超材料的迅速发展促进了电磁学的范式转移
——
人们通过设计单元结构可以在亚波长范围内多自由度地操纵电磁响应
。
电磁超材料利用电磁波与超表面的金属或介电元件之间的相互作用效应以及元件之间的耦合效应，可以控制电磁波的传播路径和场分布
。
通过工程设计表现出在自然材料中不存在的特性，从而产生强大的设计灵活性
。
在操纵电磁波的装置
、
设备设计和制造中显示出应用潜力
。
而目前的电磁超材料在磁共振图像中信噪比较低，成像转化效率受限
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于超材料
、
表面线圈和去耦超表面的磁场增强器，以提高磁共振成像的信噪比
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种基于超材料
、
表面线圈和去耦超表面的磁场增强器，包括：超材料结构
、
表面线圈和去耦超表面；所述去耦超表面设置于所述超材料结构和所述表面线圈之间；
>[0006]所述超材料结构包括若干个等间隔排列的板子和两个金属圆环；两个所述金属圆环分别固定于若干个等间隔排列的板子的两端；所述板子包括金属涂层
、
介质层和两个第一可变电容器；所述金属涂层设置于所述介质层的下方；两个所述第一可变电容器分别焊接在所述金属涂层的两端；
[0007]所述表面线圈包括金属环和多个第二可变电容器；所述金属环上等间隔设置有多个开口；所述第二可变电容器放置于所述开口；所述第二可变电容器和所述开口一一对应；
[0008]所述去耦超表面为曲面；所述去耦超表面包括多个入射表面金属结构
、
中间介质层和多个透射表面金属结构；所述入射表面金属结构和所述透射表面金属结构分别设置于所述中间介质层的两个表面；所述入射表面金属结构和所述透射表面金属结构均为具有第一开口
、
第二开口和第三开口的圆环；所述第一开口和所述第二开口相对设置；所述第三开口与所述第一开口的夹角或者所述第三开口与所述第二开口的夹角成第一设定角度；所述入射表面金属结构相对于所述透射表面金属结构旋转第二设定角度
。
[0009]可选地，所述去耦超表面与所述超材料结构之间的距离等于所述表面线圈与所述超材料结构之间的距离
。
[0010]可选地，所述第一可变电容器的电容值取值范围为
6.5pF
‑
30pF。
[0011]可选地，所述介质层的材料为罗杰斯板材
。
[0012]可选地，所述金属圆环的金属材料为铜
、
金或者
PEC。
[0013]可选地，所述金属环为圆环
、
方环或者六边形环
。
[0014]可选地，所述去耦超表面的弯曲半径的范围为
48mm
‑
70mm。
[0015]可选地，多个所述入射表面金属结构和多个所述透射表面金属结构的排列方式均为
n
×
n
排列
。
[0016]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0017]本专利技术的基于超材料
、
表面线圈和去耦超表面的磁场增强器，采用圆柱体超材料结构，可实现磁共振成像应用中对目标区域中的射频磁场均匀性增强
。
通过添加第一可变电容器，实现对射频接收阶段的调谐，使超材料结构在接收周期的拉莫尔频率处谐振，并显著增强接收磁场
。
另外，采用表面线圈与超材料结构联合的形式，将二者的谐振频率都调谐到
1.5T
磁场的拉莫尔频率处，相比单独的超材料，二者同频共振可以将磁场强度进一步均匀提升，实现射频接收过程中的磁场大幅度增强，从而将磁共振成像过程中的信噪比提高到前所未有的程度
。
最后，本专利技术采用双层结构形式的去耦超表面对表面线圈和超材料进行解耦，在支撑谐振单元的介质基板两侧分别印刷有周期性的谐振单元结构（入射表面金属结构和透射表面金属结构），通过对谐振单元的尺寸
、
谐振单元间距以及谐振单元排布个数进行调整，可以适应不同表面线圈与超材料结构的去耦需求，使周期性的开口谐振环在所需频段内谐振
。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0019]图1为本专利技术提供的基于超材料
、
表面线圈和去耦超表面的磁场增强器结构示意图；
[0020]图2为去耦超表面正面金属结构示意图；
[0021]图3为去耦超表面反面金属结构示意图；
[0022]图4为超材料结构频率分布曲线图；
[0023]图5为超材料结构磁场增强效果图；
[0024]图6为超材料结构
+
表面线圈联合仿真频率分布曲线图；
[0025]图7为超材料结构
+
表面线圈联合仿真磁场增强效果图；
[0026]图8为基于超材料
、
表面线圈和去耦超表面的磁场增强器仿真模型正面示意图；
[0027]图9为基于超材料
、
表面线圈和去耦超表面的磁场增强器仿真模型反面示意图；
[0028]图
10
为超材料结构
+
表面线圈
+
共形去耦超表面磁场增强效果图；
[0029]图
11
为共形去耦超表面各转化率曲线示意图
。
[0030]附图符号说明：
1、
超材料结构；
2、
表面线圈；
3、
去耦超表面
。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围
。
[0032]本专利技术的目的是提供一种基于超材料
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于超材料
、
表面线圈和去耦超表面的磁场增强器，其特征在于，包括：超材料结构
、
表面线圈和去耦超表面；所述去耦超表面设置于所述超材料结构和所述表面线圈之间；所述超材料结构包括若干个等间隔排列的板子和两个金属圆环；两个所述金属圆环分别固定于若干个等间隔排列的板子的两端；所述板子包括金属涂层
、
介质层和两个第一可变电容器；所述金属涂层设置于所述介质层的下方；两个所述第一可变电容器分别焊接在所述金属涂层的两端；所述表面线圈包括金属环和多个第二可变电容器；所述金属环上等间隔设置有多个开口；所述第二可变电容器放置于所述开口；所述第二可变电容器和所述开口一一对应；所述去耦超表面为曲面；所述去耦超表面包括多个入射表面金属结构
、
中间介质层和多个透射表面金属结构；所述入射表面金属结构和所述透射表面金属结构分别设置于所述中间介质层的两个表面；所述入射表面金属结构和所述透射表面金属结构均为具有第一开口
、
第二开口和第三开口的圆环；所述第一开口和所述第二开口相对设置；所述第三开口与所述第一开口的夹角或者所述第三开口与所述第二开口的夹角成第一设定角度；所述入射表面金属结构相对于所述透射表面金属结构旋转第二设定角度
。2.
根据权利要求1所述的基于超材料
、
表面线圈和去耦超表面的磁场增强器，其特征在于，所述去耦超表面与所述超材料结构之间的距离等于所述表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞彦伟，任群，贾雨祺，金睿琦，郎羽欣，何宇清，
申请(专利权)人：天津天达图治科技有限公司，
类型：发明
国别省市：