[发明专利]一种可调谐微波负折射率材料

说明书

技术领域

一种可调谐微波负折射率材料，属于微波材料技术领域。

背景技术

自然界中天然物质的介电常数与磁导率的实部在整个电磁波谱内部都是非同时为负的， 其折射率的实部是正数。迄今为止，自然界中尚未发现介电常数和磁导率同时为负的天然材 料。1967年前苏联科学家Veselago理论分析了电磁波在假想的介电常数与磁导率同时为负的 各向同性均匀媒质中的电动理论学行为，预见了电磁波与这种假想材料的互作用将产生非常 特殊的传输/折射/反射特性。在这种假想的材料中，电磁波的相速与群速方向相反，从而呈现 出与多新颖的光学特性，如反常Dopper效应、反常Cherenkov效应、完美透镜效应、负折射 效应等。Veselago称这种假想材料为左手材料，现学术界亦有定义其为双负材料、负折射率 媒质、返波材料，异向媒质等，本发明采用负折射率媒质的定义，以强调材料的负折射率特 征。

2000年，D.R.Smith等人基于J.B.Pendry提出的构造单元负介电常数媒质、单负磁导率媒 质的思想，首次人工合成出在X波段等效介电常数和等效磁导率同时为负的负折射率微波媒 质。目前，负折射率媒质的研究已成为国际物理学和电磁学界的一个十分引人注目的前沿领 域，众多学者对负折射率媒质的制造方法，奇异特性及其应用等进行了较为深入的研究，产 生了许多新的成果，特别是最近发表在nature和science的两篇关于三维光学频段的负折射率 媒质的论文，在制造工艺上取得了非常大的进步。但是要实现负折射率媒质的频率可调性还 存在很大的困难。因此探索出一种具有频率可调性的负折射率微波媒质，以应用于各种不同 的邻域具有重要的科学意义和实用价值。

发明内容

本发明提供一种可调谐微波负折射率材料，所述微波负折射率材料的工作频率可调、范 围宽、性能稳定。

本发明技术方案如下：

一种可调谐微波负折射率材料，如图1所示，由等效负磁导率的片状绝缘型亚铁磁材料 和片状等效负介电常数的材料周期性层叠而成。所述片状绝缘型亚铁磁材料为釔铁石榴石 (YIG)类亚铁磁材料，其介电常数为13.8，饱和磁化强度为1830Gs(Gs为CGS单位制， 1Gs＝10^-4Wb/m²)，损耗角正切为0.0004，厚度为1mm～2mm。所述片状等效负介电常数的材 料为沉积在厚度为0.254mm～0.508mm的聚四氟乙烯玻璃纤维电路基板上的相互平行的金属 线构成的金属线阵列，每条金属线的厚度为0.018mm～0.035mm，宽度为0.2mm，金属线间 的间隔为1.508mm～2mm。

本发明所述的可调谐微波负折射率材料通过聚四氟乙烯玻璃纤维电路基板能够减小等效 负介电常数金属线阵列和等效负磁导率YIG类亚铁磁材料的相互耦合影响，以实现负折射率 微波媒质；通过改变外加磁场的大小和金属线阵列结构的尺寸，使得实现等效负介电常数和 等效负磁导率的频带相重合；并通过改变外加磁场大小来调节实现负折射率的工作频率。

附图说明

图1本发明提供的可调谐微波负折射率材料的结构示意图。

图2本发明提供的可调谐微波负折射率材料通过数值仿真得出的传输参数特性。

图3本发明提供的可调谐微波负折射率材料通过数值计算得出的等效电磁参数和等效折 射率。

图4本发明提供的可调谐微波负折射率材料通过数值仿真得出的复合媒质折射率特性。

图5测试传输参数的实验装置示意图。

图6本发明提供的可调谐微波负折射率材料通过实验测试得出的电磁参数传输特性。

图7折射试验装置图。

图8本发明提供的可调谐微波负折射率材料通过实验测得的折射率特性。

具体实施方式

1.绝缘型铁磁材料或绝缘型亚铁磁材料基片的制备：本发明采用YIG类亚铁磁材料， 其介电常数为13.8，饱和磁化强度为1830Gs(Gs为CGS单位制，1Gs＝10^-4Wb/m²)， 损耗角正切为0.0004。YIG亚铁磁材料基片的厚度为1mm，为了能够在X波频段测量 加工出来的样品的电磁特型，YIG亚铁磁材料基片的长为22.86mm，宽为10.16mm。 基片数量为10片。