[發(fā)明專(zhuān)利]基于磁性材料的磁場(chǎng)負(fù)磁導(dǎo)率材料電磁響應(yīng)行為調(diào)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810056856.5
• 申請(qǐng)日: 2008-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101242021A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周濟(jì);康雷;趙乾;趙宏杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01P7/00
• 分類(lèi)號(hào): H01P7/00;H01P11/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種負(fù)磁導(dǎo)率材料電磁響應(yīng)行為調(diào)控方法，特別涉及一種基于磁性材料的磁場(chǎng)負(fù)磁導(dǎo)率材料微波電磁響應(yīng)行為調(diào)控方法。

背景技術(shù)

左手材料(left-handed?metamaterials)是近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的一種新型電磁媒質(zhì)，由于在其中傳播電磁波的電場(chǎng)、磁場(chǎng)及傳播方向構(gòu)成左手系而得名。左手材料具有以負(fù)折射為代表的一系列奇特的物理、光學(xué)特性，并在實(shí)現(xiàn)突破衍射極限成像、制造完美透鏡等光學(xué)、信息科學(xué)技術(shù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。左手材料一般由實(shí)現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率的開(kāi)口諧振環(huán)陣列(負(fù)磁導(dǎo)率材料)與實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)的金屬線陣列組合而成，并且僅在磁導(dǎo)率與介電常數(shù)同時(shí)為負(fù)的頻段具有“左手”性質(zhì)。金屬線能在低于其等離子頻率很寬的頻段實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)；而通過(guò)電路板刻蝕方法得到的負(fù)磁導(dǎo)率材料一經(jīng)設(shè)計(jì)、制備完成，即僅能在其諧振頻率附近較窄頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率。因此，現(xiàn)有左手材料電磁響應(yīng)行為主要由負(fù)磁導(dǎo)率材料諧振特性決定，而其不可調(diào)諧的性質(zhì)限制了左手材料的實(shí)際應(yīng)用。

開(kāi)口諧振環(huán)可看作在電磁波激勵(lì)下諧振的LRC電路，其諧振特性由L(電感)、R(電阻)和C(電容)三部分決定。其中，由電磁理論可知，其電感部分與開(kāi)口諧振環(huán)所處環(huán)境的有效磁導(dǎo)率顯著地相關(guān)。本發(fā)明正是利用開(kāi)口諧振環(huán)諧振特性與環(huán)境有效磁導(dǎo)率敏感的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)一種負(fù)磁導(dǎo)率材料電磁響應(yīng)行為的調(diào)控方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于磁性材料的磁場(chǎng)負(fù)磁導(dǎo)率材料微波電磁響應(yīng)行為調(diào)控方法。該方法通過(guò)將磁導(dǎo)率在開(kāi)口諧振環(huán)負(fù)磁導(dǎo)率材料電磁諧振頻段、磁場(chǎng)可調(diào)的磁性材料引入負(fù)磁導(dǎo)率材料中，并施加一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)通過(guò)理論計(jì)算或者計(jì)算機(jī)軟件模擬，設(shè)計(jì)所需頻段的開(kāi)口諧振環(huán)；

2)制備上述開(kāi)口諧振環(huán)，并按照一定晶格排列成為電磁諧振頻率為f₀的負(fù)磁導(dǎo)率材料；

3)將磁導(dǎo)率在f₀±1/3f₀頻率范圍內(nèi)、磁場(chǎng)可調(diào)的磁性材料加工成為片狀或者棒狀；

4)將上述磁性材料引入到開(kāi)口諧振環(huán)陣列的間隙當(dāng)中或直接作為開(kāi)口諧振環(huán)基板，制備得到引入磁性材料的開(kāi)口諧振環(huán)負(fù)磁導(dǎo)率材料；

5)通過(guò)磁鐵或電磁鐵向上述引入了磁性材料的負(fù)磁導(dǎo)率材料施加垂直于開(kāi)口諧振環(huán)所在平面法線與電磁波傳播方向構(gòu)成平面的不同強(qiáng)度磁場(chǎng)H₀，得到具有以下電磁響應(yīng)行為調(diào)控規(guī)律的磁場(chǎng)可調(diào)負(fù)磁導(dǎo)率材料；

設(shè)引入的磁性材料為共振頻率為f_H0的磁性材料；0磁場(chǎng)時(shí)，引入磁性材料后的負(fù)磁導(dǎo)率諧振頻率為f₁且其諧振峰寬度為Δf₁；當(dāng)磁場(chǎng)由0Oe增大至使f_H0＜f₁-1/2Δf₁成立的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，相對(duì)于0磁場(chǎng)情況，負(fù)磁導(dǎo)率材料諧振頻率隨磁場(chǎng)增大而加速向高頻移動(dòng)且諧振強(qiáng)度變化較小；相應(yīng)負(fù)磁導(dǎo)率頻率范圍由于諧振頻率向高頻連續(xù)變化而拓寬；

當(dāng)磁場(chǎng)在滿足使(f₁-1/2Δf₁)≤f_H0≤(f₁+1/2Δf₁)成立的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)控制環(huán)境有效磁導(dǎo)虛部實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)負(fù)磁導(dǎo)率開(kāi)關(guān)；

當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度繼續(xù)增大時(shí)，相對(duì)于0磁場(chǎng)情況，負(fù)磁導(dǎo)率材料諧振頻率由低于f₁的頻率減速向高頻移動(dòng)且最終趨于0磁場(chǎng)諧振頻率，諧振強(qiáng)度變化較小；其負(fù)磁導(dǎo)率頻率范圍由于諧振頻率連續(xù)變化而拓寬。

本發(fā)明通過(guò)上述引入磁性材料并施加適當(dāng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)，能夠在很大范圍內(nèi)調(diào)控負(fù)磁導(dǎo)率材料的電磁響應(yīng)行為，并使其負(fù)磁導(dǎo)率頻段得到一定拓寬。

附圖說(shuō)明

圖1(a)在開(kāi)口諧振環(huán)對(duì)稱(chēng)位置引入釔鐵石榴石(Y?IG)棒，形成基于磁性材料的磁場(chǎng)可調(diào)負(fù)磁導(dǎo)率材料示意圖。入射電磁波的磁場(chǎng)和波矢分別平行于x、y方向。(b)開(kāi)口諧振環(huán)單元YIG棒結(jié)構(gòu)、尺寸示意圖。其中d₁、d₂、g和c分別為諧振環(huán)的內(nèi)環(huán)內(nèi)徑、外環(huán)內(nèi)徑、開(kāi)口大小和線寬；YIG棒橫截面為邊長(zhǎng)為a的正方形，棒長(zhǎng)度為b。(c)未引入YIG棒時(shí)，SRR陣列負(fù)磁導(dǎo)率材料S21參數(shù)及等效磁導(dǎo)率實(shí)部色散曲線。

圖2引入YIG棒后，當(dāng)施加0、1400、1800、2000Oe磁場(chǎng)(較低強(qiáng)度磁場(chǎng))時(shí)，(a)負(fù)磁導(dǎo)率材料S21參數(shù)；(b)對(duì)應(yīng)有效磁導(dǎo)率色散曲線。