[发明专利]电磁超材料

说明书

技术领域

本发明涉及电磁材料技术领域，尤其涉及一种可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域的具有磁导率近零的，且同时具有低频磁场吸收和对高频电磁波透明的电磁超材料。

背景技术

电磁辐射的危害涉及范围越来越广，已经受到人们的极大关注。随着各种无线电能传输设备如，穿戴无线设备、无线充电器件等的不断普及，这些系统中存在的大电流引起的强磁场及各种谐波会对环境及人体产生一定的电磁危害，同时为了通信又要求高频信号的畅通。因此，需要设计一种先进功能材料来实现对低频磁场及各种谐波的电磁辐射吸收，减小其危害，同时又在高频透明的双向电磁材料。

而吸波材料通常是指一种能够有效吸收入射电磁波使其能量衰减的一类材料，诸如科克(Koch)分形结构和希尔伯特(Hilbert)制成的超材料，它通过材料的各种不同损耗机制，将入射电磁波转化成热能或者是其他形式的能量而达到吸波的目的；而传统的低频吸波材料主要采用铁氧体，它具有吸收率较高的特点，但存在吸收频带窄，厚度较厚、密度大，易碎且价格较高等缺点。

在现有技术中也存在着具有某种电磁透明的超材料，诸如中国专利号为：2011100618744所示的“一种电磁透明的超材料”，其基本原理是在基体材料上设置有若干个金属分支，通过此金属分支构成某种二维电路，以此实现对电磁的透明作用，而通过该专利可知，此专利所示的材料分支结构极其多，且本身其结构复杂，而对其对电磁透明的同时不具有对低频吸收的功能，具有功能单一的缺陷。再诸如中国专利号为：2011100618513所示的“一种电磁透明的超材料”，其基本原理同样是在基体材料上设置相应的若干个二维和三维金属分支，构成相应的微电路，以此实现对电磁的透明作用，通过该专利可知，此专利同样具有功能单一、结构复杂等缺陷。

因此如果能够设计出一种既能对低频磁场吸收和对高频电磁波透明的电磁超材料，将会更加适应当前社会的发展需要，并可在无线电能量传输系统以及电磁防护等领域发挥重大的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种可用于 无线电能量传输系统以及电磁防护等领域，具有磁导率近零的，且同时具有低频磁场吸收和对高频电磁波透明的电磁超材料。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

本专利的发明人对具有低频吸波功能的科克(Koch)分形结构和希尔伯特(Hilbert)分形结构经过长期的研究，设计了一种电磁超材料，它包括基底材料；在所述基底材料的上下两个表面的至少一个表面上设有分形结构层，所述分形结构层包括设置于所述基底材料表面上的环形的金属线和分形结构的金属线；所述分形结构的金属线位于所述环形的金属线内部，并被所述环形的金属线包围。

优选的，在所述基底材料的上下两个表面上均设有所述分形结构层。

优选的，所述分形结构的金属线的最外侧与所述环形的金属线之间的最短距离为1.0mm～3.0mm。

优选的，所述分形结构的金属线的最外侧与所述环形的金属线之间的最短距离为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm。

优选的，所述基底材料为由聚四氟乙烯(FR4)制成的PCB板；所述环形的金属线和分形结构的金属线均由铜制成。

优选的，所述PCB板为柔性PCB板。

优选的，所述环形的金属线和分形结构的金属线通过刻蚀工艺设置于所述基底材料上。

优选的，所述分形结构为希尔伯特(Hilbert)分形结构或科克(Koch)分形结构。

优选的，所述环形为圆环形或正N边形；所述N为大于等于四的正整数。

优选的，所述环形为正四边形或正六边形或正八边形或正十二边形。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的电磁超材料通过具有磁导率近零的分形结构的分形结构的金属线来实现低频吸波的特性，而通过环形结构的环形的金属线来实现高频透明的 作用，在应用中可实现对低频磁场及各种谐波的电磁辐射吸收，并减小其对周围设备或人员的危害，同时又具有高频透明的双向电磁材料的特性；也即具有够实现对低频磁场的吸收和对高频电磁场的透明双重作用的功能，使得本发明的电磁超材料可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域。

2.本发明的电磁超材料不完全由金属制作，因此本电磁超材料具有重量轻等优点，而本设计通过环形结构与分形结构的结合使其具有频率选择特性、宽角特性和对电磁波极化不敏感特性等优势。

附图说明