一种负磁导率超材料制造技术

本发明专利技术涉及一种负磁导率超材料，所述超材料包括介质基板以及阵列在介质基板上的微结构，所述微结构由四个相同的微结构单元构成，所述任一微结构单元绕同一旋转轴旋转90°、180°、270°后分别与其它三个微结构单元重合，所述微结构单元由一根金属线通过多重绕线的方式形成多重嵌套的凹形开口谐振环或开口谐振环的衍生结构。在实现负磁导率的前提下，采用本发明专利技术可以有效降低超材料的谐振频率，制成符合各向同性的超材料，因此本发明专利技术对于超材料产业的发展具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超材料领域，具体地涉及一种负磁导率超材料。
技术介绍
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U与磁性常数 U。(又称真空磁导率)的比值，h= U/U。，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(ii > I) 或减少< D的程度。现有的自然界已存在的材料中，U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I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U明显小于0或使超材料谐振频率降低，也不能实现各向同性，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y值小于0，并具有较低的谐振频率。
技术实现思路
本专利技术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、不能实现各向同性的情况，提供一种谐振频率较低的各向同性负磁导率超材料。本专利技术的实现专利技术目的采用的技术方案是，构造一种负磁导率超材料，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，所述微结构层由多个微结构阵列而成，其特征在于，所述微结构由四个相同的微结构单元构成，所述任一微结构单元绕同一旋转轴旋转90°、180°、270°后分别与其它三个微结构单元重合，所述微结构单元由一根金属线通过多重绕线的方式形成多重嵌套的凹形开口谐振环。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述超材料由两层所述介质基板与三层所述微结构层相间层叠而成。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述微结构单元的位置是一一对应的，所述微结构单元开口方向为，两外层微结构单元的开口方向相同，中间层微结构单元与外层微结构单元的开口方向相反。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述微结构单元为导电材料。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述超材料的整体尺寸为30mmX30mm。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述金属线的线宽0. 05-0. 15mm。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述金属线的线间距0. 05-0. 15mm。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述金属线的厚度0. 015-0. 020mm。在本专利技术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。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述两层介质基板厚度相同，均为 0.10mm-Q. 30mm。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述多重绕线的圈数大于2。本专利技术的有益效果在于，多重绕线形成的金属微结构，相当于增加了电容和电感， 电容和电感增加，其对应的谐振频率就会降低，本专利技术对微结构单元排列方式、微结构层与介质基板层叠的设计，增强了各层间的耦合，达到增加整体电感电容的效果，从而进一步降低超材料的频率，同时，微结构单元的排列方式，使整个超材料呈各向同性，实用性强，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，本专利技术微结构单元示意图；图3，图2微结构单元开口方向示意图；图4，本专利技术实施例侧视图；图5，图4的右视图；图6，本专利技术又一实施例侧视图；图7，图6的右视图；图8，本专利技术实施例的微结构示意图；图9，现有的负磁导率超材料的微结构仿真结果示意图；图10，本专利技术微结构仿真结果示意图；图中，I微结构单元的开口处，2、3微结构，a、b、C、f微结构层，d、e、g介质基板。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种负磁导率超材料,其中包括介质基板d、e、g以及固定在介质基板上的微结构层a、b、C、f，所述微结构层a、b、C、f由微结构2、3阵列而成，微结构2、3由四个相同的微结构单元构成，任一微结构单元绕同一旋转轴旋转90°、180°、270°后分别与其它三个微结构单元重合，在本专利技术中，旋转轴垂直于0点，0点各方向的水平偏移量均为 0. 05mm,如图8本专利技术实施例的微结构示意图所示，四个微结构单元呈环形，等间距阵列， 这种均匀结构在空间中的各个方向对电磁波的响应相同，可以使超材料实现各向同性，微结构单元由一根金属线通过多重绕线的方式形成多重嵌套的凹形开口谐振环，此多重绕线的方式降低了超材料的谐振频率，图2所示的微结构单元的开口处I指向正上方，图3所示的箭头指向为图2微结构单元的开口方向。下面将结合附图，对本专利技术两个实施例中负磁导率超材料的构成原理及实现的有益效果做详细说明。如图4本专利技术实施例侧视图所示，本专利技术实施例的负磁导率超材料由两层介质基板d、e与三层微结构层a、b、c相间层叠而成，外层微结构层a、c中的每个微结构单元开口方向均相同，三层微结构层a、b、c中的每个微结构单元均是--对应的，中间层微结构b中的微结构单元开口方向与a、c中的每个微结构单元开口方向完全相反，图5为图4的侧视图，微结构2包括4个微结构单元，每个微结构单元如图2本专利技术微结构单元示意图所示， 每个微结构单元的开口方向如图8本专利技术实施例的微结构示意图所示。如图6本专利技术又一实施例侧视图所示，此微结构由介质基板g和微结构层f构成， 由图6的右视7可知，微结构层f由多个微结构3阵列排布而成，微结构3包括4个微结构单元，每个微结构单元如图2本专利技术微结构单元示意图所示，每个微结构单元的开口方向如图8本专利技术实施例的微结构示意图所示，此结构可以实现超材料的各向同性。本专利技术的负磁导率超材料介质基板可以使用FR-4基板或陶瓷基板，微结构可以使用金属线，如铜线、银线、铜合金，甚至是金线，或者是非金属的导电材料，如导电塑料等。本专利技术的两实施例超材料的介质基板d、e、g选用FR-4基板，厚度均为0. 20mm,图2 所示微结构单元使用铜线，铜线的线宽为0. 10mm，铜线的厚度为0. 018mm，铜线的线间距为 0. IOmm,超材料的整体尺寸为30mmX30mm。本专利技术实现负磁导率的原理为，对于开口谐振环微结构而言，可以等效为LC震荡电路，金属线等效为电感L，线间电容、开口谐振环之间的耦合电容等效电容C，通过仿真发现，在其他条件不改变的情况下，铜线越长，线间距越近，则等效电容值C越大。同理我们可以定性的判断电感L的变化，铜线线长越长，电感L越大。本专利技术中微结构单元的铜线绕线圈数越多，其电感越大(存在互感)。由LC振荡电路公式/。= 27rjLC可知，当电感值增大，其对应的谐振频率将降低。下文将以图I所示的现有技术的微结构为例，比较本专利技术的微结构相对于现有技术微结构的优越性。现有技术是直接将图I所示的凹形开口谐振环阵列排布在介质基板上，制成超材料，本专利技术将4个微结构单兀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，赵治亚，郭洁，余铨强，
申请(专利权)人：深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：