[發(fā)明專利]一種具有類三角形微結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率超材料

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• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104409862A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永超
• 申請（專利權(quán)）人: 張永超
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁通信領(lǐng)域，尤其涉及一種具有類三角形微結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率超材料。

背景技術(shù)

目前，國際社會對磁導(dǎo)率方面已有大量的研究，其中對于正磁導(dǎo)率的研究已經(jīng)趨于成熟，對于負(fù)磁導(dǎo)率超材料的研究是現(xiàn)在國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，負(fù)磁導(dǎo)率具有量子極化作用，可以對入射波產(chǎn)生極化作用，因此作用范圍很大，如在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域中的磁共振成像技術(shù)，負(fù)磁導(dǎo)率材料能夠加強(qiáng)電磁波的成像效果，另外負(fù)磁導(dǎo)率材料在透鏡研究方面亦有重要作用，在工程領(lǐng)域，磁導(dǎo)率通常都是指相對磁導(dǎo)率，為物質(zhì)的絕對磁導(dǎo)率μ與磁性常數(shù)μ₀(又稱真空磁導(dǎo)率)的比值，μ_r＝μ/μ₀，無量綱值。通常“相對”二字及符號下標(biāo)r都被省去。磁導(dǎo)率是表示物質(zhì)受到磁化場H作用時，內(nèi)部的真磁場相對于H的增加(μ＞1)或減少(μ＜1)的程度。至今發(fā)現(xiàn)的自然界已存在的材料中，μ都是大于0的。

超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。超材料的性質(zhì)和功能主要來自于其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而非構(gòu)成它們的材料。目前，現(xiàn)有的人造微結(jié)構(gòu)的幾何形狀為“工”字形或者類似“凹”字形的開口環(huán)形，但這些結(jié)構(gòu)都不能實(shí)現(xiàn)磁導(dǎo)率μ明顯小于0或使超材料諧振頻率降低，也不能實(shí)現(xiàn)各向同性，只有通過設(shè)計(jì)具有特殊幾何圖形的人造微結(jié)構(gòu)，才能使得該人工電磁材料在特定頻段內(nèi)達(dá)到磁導(dǎo)率μ值小于0，并具有較低的諧振頻率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有類三角形微結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率超材料，通過使用由三根L形金屬線在同一平面上圍繞同一中心旋轉(zhuǎn)排列而成的金屬微結(jié)構(gòu)，所述L形的末端為矩形脈沖形狀的彎折結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例，采用包括彎折結(jié)構(gòu)的類三角形微結(jié)構(gòu)，可以減小微結(jié)構(gòu)的尺寸，降低負(fù)磁導(dǎo)率超材料的諧振頻率，采用旋轉(zhuǎn)對稱的微結(jié)構(gòu)類型，使得超材料具有各向同性的特性。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有類三角形微結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率超材料，其特征在于，包括：介質(zhì)基板和固定在介質(zhì)基板上的微結(jié)構(gòu)層；

所述微結(jié)構(gòu)層包括N個呈周期性陣列排列的單個微結(jié)構(gòu)，N≥1；

所述單個微結(jié)構(gòu)包括三根金屬線，所述三根金屬線分別為第一金屬線、第二金屬線和第三金屬線，所述三根金屬線的長度相等；

每根金屬線均呈L形，所述L形的夾角為60度，所述L形的末端為矩形脈沖形狀的彎折結(jié)構(gòu)；

所述單個微結(jié)構(gòu)呈類三角形，所述三根金屬線在同一平面上圍繞同一中心旋轉(zhuǎn)排列，組成類三角形；所述第二金屬線旋轉(zhuǎn)120°后與所述第一金屬線重合，所述第三金屬線旋轉(zhuǎn)240°后與所述第一金屬線重合。

進(jìn)一步的，所述超材料由兩層所述介質(zhì)基板與兩層所述微結(jié)構(gòu)層相間層疊而成。

再進(jìn)一步的，所述兩層介質(zhì)基板包括第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板，第一介質(zhì)基板的介電常數(shù)為10-20，第二介質(zhì)基板的介電常數(shù)為5-10。

更進(jìn)一步的，所述第一介質(zhì)基板的厚度為0.005-0.015mm。

又進(jìn)一步的，所述第二介質(zhì)基板的厚度為0.10mm-0.30mm。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具有類三角形微結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率超材料，采用了三根金屬線在同一平面上圍繞同一中心旋轉(zhuǎn)排列而成的金屬微結(jié)構(gòu)，每根金屬線均為兩個L形首尾相連的形狀，增加了超材料的電容和電感，在實(shí)現(xiàn)超材料的負(fù)磁導(dǎo)率的前提下，可以有效降低超材料的諧振頻率，滿足一些特殊條件下對超材料的負(fù)磁導(dǎo)率值的要求；采用彎折結(jié)構(gòu)，減小了微結(jié)構(gòu)的尺寸；同時，包含N個呈周期性陣列排列的單個微結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層，每個微結(jié)構(gòu)都具有旋轉(zhuǎn)對稱的結(jié)構(gòu)，使整個超材料符合各向同性的特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的具有類三角形微結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率超材料的實(shí)施例的單個微結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的具有類三角形微結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率超材料的實(shí)施例的超材料的側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明提供的具有類三角形微結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率超材料的實(shí)施例的微結(jié)構(gòu)層的示意圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的負(fù)磁導(dǎo)率超材料的仿真結(jié)果示意圖。

圖5為本發(fā)明提供的具有類三角形微結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率超材料的實(shí)施例的超材料的仿真結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式