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固定在介质基板上的人造微结构，所述人造微结构由一根折线由内向外旋转而成，所述折线由线段组成，所述任两相邻线段均成一百三十五度角。在实现负磁导率的前提下，采用本发明专利技术可以将超材料的谐振频率降到50MHz以下，可以在较低频段实现超材料的磁导率为负，同时，本发明专利技术超材料呈各向异性，对于超材料产业的发展具有重要意义，具有良好的发展前景。
【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μ与磁性常数 μ。(又称真空磁导率)的比值，μ^= μ/μ C1，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(μ > I) 或减少(μ < D的程度。至今发现的自然界已存在的材料中，μ都是大于O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μ明显小于O或使超材料谐振频率显著降低，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μ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的情况，在超材料人造微结构绕线圈数较少时，提供一种能使谐振频率显著降低的负磁导率超材料。本专利技术实现专利技术目的采用的技术方案是，所述超材料包括介质基板以及固定在介质基板上的人造微结构，所述人造微结构由一根折线由内向外旋转而成，所述折线由线段组成，所述任两相邻线段均成一百三十五度角。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述线段不少于16根。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述折线的线宽O. 05-0. 15mm。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述折线的线间距O. 05-0. 15mm。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述折线的厚度O. 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FR-4基板的介电常数为4. 2-4. 6，所述陶瓷基板的介电常数为8-16。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述介质基板划分为多个相同的立方体介质基板单元，每个单元上附着有一个人造微结构。在本专利技术所述的负磁导率超材料中，所述介质基板单元沿两两正交垂直的X、y、z 三个方向阵列排布。本专利技术的有益效果在于，人造微结构为一根折线由内向外旋转而成，所述折线由线段组成，所述任两相邻线段均成一百三十五度角。折线长度的表征结构可以等效为电感， 折线上两相对线段可以等效为电容，折线长度增加，则电感增大，电容增大，超材料对应的谐振频率就会降低，甚至在人造微结构绕线圈数较少的情况下，可以将超材料的谐振频率降到50MHz以下，根据上述人造微结构的形状可知，本专利技术超材料呈各项异性。本专利技术具有良好的发展前景。附图说明图I，现有负磁导率超材料人造微结构不意图；图2，本专利技术优选实施例超材料示意图；图3，本专利技术优选实施例超材料单元示意图；图4，本专利技术优选实施例人造微结构示意图；图5，现有负磁导率超材料的磁导率仿真效果示意图；图6，本专利技术优选实施例的磁导率仿真效果示意图；图中，I人造微结构、2介质基板、3介质基板单元、10超材料单元。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，如图2所示，包括介质基板2、以及固定在介质基板上的人造微结构1，人造微结构I由一根折线由内向外旋转而成，此折线由线段组成， 任两相邻线段均成一百三十五度角，本专利技术人造微结构I的示意图参见图4，这种形状的微结构能够使超材料呈各向异性。本专利技术负磁导率超材料的介质基板2可以被虚拟的划分为完全相同的多个立方体形介质基板单元3，介质基板2可以看作是由多个这样的介质基板单元3以X方向为行、 I方向为列、z方向为层叠方向组成的阵列,其中x、y、z方向两两正交垂直。介质基板2可由FR-4，F4b，CEMl, CEM3和TP-I陶瓷材料构成，若使用FR-4等级的基板，其介电常数为 4. 2-4. 6，若使用陶瓷基板，其介电常数为8-16。本专利技术实施例负磁导率超材料的介质基板选用FR-4等级的环氧树脂基板,介电常数为4. 4,厚度为O. 4mm。每个介质基板单元3上固定有一个人造微结构I，介质基板单元3及介质基板单元 3上的人造微结构I共同构成超材料单元10，如图3所示，因此本专利技术可以看作是由多个超材料单元10沿X、y、Z三个方向阵列排布而成。人造微结构I通常为金属折线，如铜线、银线、铜合金，甚至是金线，也可以是由至少两种金属制成的合金，甚至是非金属的导电材料，如导电塑料、ITO(铟锡氧化物)、碳纳米管、石墨等，金属折线的线宽控制在O. 05-0. 15mm,金属折线的线间距控制在 O. 05-0. 15mm，金属折线的厚度控制在O. 015-0. 020mm。本专利技术人造微结构均对磁场有响应， 且其正对的两折线间的走线间距d相等，最小可以做到O. 1mm，现有技术对磁场响应的人造微结构通常为开口谐振环结构，如图I所示，此结构是类似于未封口的“凹”字形微结构。下面将结合附图，对本专利技术实施例的负磁导率超材料的构成原理及有益效果做详细说明。人造微结构I在介质基板2的表面呈周期性排布，例如矩形阵列排布，即以一 X方向为行、以垂直于X方向的y方向为列地排列，且各行间距、各列间距分别相等，甚至行间距等于列间距均可。优选行间距、列间距不大于所要响应的入射电磁波的波长的四分之一，即例如工作环境是波长为λ的电磁波，需要超材料对此电磁波的电磁特性是呈现负磁导率， 则设计人造微结构时将上述行间距、列间距选择不大于λ/4，优选为λ/10。显然，为了使人造微结构I不互相交叠，每个人造微结构I的长度和宽度也不大于λ/4。周期性排布还可以有其他具有循环规律的排布方式，例如当介质基板2为圆形或多边形时，人造微结构I 沿着圆形或多边形基板2的外圆柱面等间距地绕一周，本专利技术实施例超材料的介质基板2 为矩形，参见图2。本专利技术实现负磁导率的原理为，对于本专利技术的微结构而言，可以等效为LC震荡电路，整个折线可以等效为一个极板长度约等于折线总长度的电容，每两段互相正对折线相当于电容的极板，折线长度表征结构可以等效为电感，通过仿真发现，在其他条件不改变的情况下，铜线越长，则结构的等效电感值、电容值越大。由LC振荡电路公式Z0 = 27Γ_^]^可知，当电感值、电容值均增大时，其对应的谐振频率则降低。现有技术是直接将图I所示的未封口“凹”形开口谐振环阵列排布在介质基板上， 制成超材料，本专利技术为将一条折线自一点向外等间距螺旋，形成人造微结构，为比较现有技术与本专利技术负磁导率超材料性能的区别，用CST对现有技术负磁导率超材料与本专利技术优选实施例负磁导率超材料分别进行了仿真，仿真时设定现有技术中超材料与本专利技术实施例的超材料的本文档来自技高网...
【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，刘豫青，
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：
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