[發明專利]一種超材料諧振頻率測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201210093065.6
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN103364633B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 劉若鵬;欒琳;郭潔;馬偉濤;李春來
• 申請（專利權）人: 深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及超材料領域，具體地涉及超材料諧振頻率的測試技術。

【背景技術】

超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可以突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料功能。超材料的性質和功能主要來自于其內部的結構而非構成它們的材料，因此，為設計和合成超材料，人們進行了很多研究工作。2000年，加州大學的Smith等人指出周期性排列的金屬線和開環共振器(SRR)的復合結構可以實現介電常數ε和磁導率μ同時為負的雙負材料，也稱左手材料。之后他們又通過在印刷電路板(PCB)上制作金屬線和SRR復合結構實現了二維的雙負材料。對于磁場具有響應的金屬線和開環共振器結構，通常稱之為磁性微結構。

對于具有負磁導率的超材料，由于其具有極化作用，可以對入射波產生極化影響，因此具有廣泛的應用，如在醫學成像領域中的磁共振成像，可以增強倏逝波以達到加強成像效果的目的，例如在共振式的無線能量傳輸中，在共振場中加入超材料能夠加強無線能量傳輸效率，但應用需要滿足的條件是：超材料的諧振頻率需要在工作頻率下才能起到有益效果。然而，對于已經制作好的超材料而言，一方面其本身的諧振頻率是固定的，另一方面工藝制造的原因使得超材料的諧振頻率呈現出較大的差異性，如無法準確地知道超材料的諧振頻率將給應用帶來困難，超材料的增強效果就會大大減弱，甚至不起作用。因此，對超材料諧振頻率的測試成為亟待解決的技術問題。

現有技術中，通過計算機仿真的方法能實現對超材料諧振頻率的仿真計算，但是，存在的問題是，對于具有復雜微結構陣列的超材料而言，即使采用高性能計算機也需要很長的時間進行仿真計算，同時，由于制造工藝的差別性，仿真結果與實際的超材料諧振頻率存在較大誤差，這給超材料的實際應用帶來極大困難。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是提供一種超材料諧振頻率測試裝置及測試方法。

本發明實現發明目的采用的技術方案是，一種超材料諧振頻率測試裝置，用以測試超材料的諧振頻率，所述諧振頻率測試裝置包括：

矢量網絡分析儀，產生頻率可調的交流電信號；

信號發射線圈，電連接所述矢量網絡分析儀的信號輸出端，用以產生交變磁場；

信號接收線圈，用以接收所述信號發射線圈產生的交變電磁場信號，所述信號接收線圈電連接所述矢量網絡分析儀的信號輸入端；

所述超材料放置于所述信號發射線圈與所述信號接收線圈之間。

優選地，所述信號發射線圈與所述信號接收線圈的固有頻率相同。

優選地，所述信號發射線圈與所述信號接收線圈為單匝的圓環形漆包線線圈。

優選地，所述信號發射線圈與所述信號接收線圈的直徑相等。

優選地，所述信號發射線圈與所述信號接收線圈的直徑小于所述超材料的尺寸。

優選地，所述信號發射線圈與所述信號接收線圈分別固定在基板上，所述基板為塑料或泡沫材料。

本發明還提供一種超材料諧振頻率測試方法，采用上述超材料諧振頻率測試裝置，包括以下步驟：

a.在未放入超材料時，通過矢量網絡分析儀測試信號發射線圈與信號接收線圈之間的傳輸系數S21，得到第一S21曲線；

b.放入超材料，通過矢量網絡分析儀測試信號發射線圈與信號接收線圈之間的傳輸系數S21′，得到第二S21曲線；

c.將所述第二S21曲線與所述第一S21曲線進行比對，找出所述第二S21曲線的增益加強峰，所述增益加強峰峰值對應的頻率即為所述超材料的諧振頻率。

優選地，所述步驟a之前還包括：通過計算機仿真的方法得到所述超材料的諧振頻率范圍，然后在步驟a、b中，控制所述矢量網絡分析儀的信號掃描范圍在所述諧振頻率范圍內進行。

具體地，所述計算機仿真的方法為通過CST軟件進行諧振頻率的仿真計算。

通過使用根據本發明的超材料諧振頻率測試裝置和測試方法，可以準確地測得超材料的諧振頻率，實現對超材料產品參數性質的檢測，還能為超材料的應用提供測試手段，進而提高超材料的研發設計效率。

【附圖說明】

圖1，本發明超材料諧振頻率測試裝置的結構示意圖。

圖2，本發明超材料諧振頻率測試裝置的測試方法流程圖

圖3，矢量網絡分析儀測試得到的第二S21曲線和第一S21曲線的對比圖。

【具體實施方式】

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。