[发明专利]一种磁可调谐完美磁导体及天线

说明书

本发明公开了一种磁可调谐完美磁导体(PMC)及天线，利用单纯铁氧体材料设计了一种可工作于超宽角度电磁波入射的PMC，其形式可以是整块铁氧体或由若干铁氧体磁柱紧密排列的铁氧体阵列；通过调节外加偏置磁场的大小使得铁氧体块或铁氧体阵列工作在自旋共振频率下。本发明的磁可调谐PMC只要满足铁氧体饱和磁化且边界连续无断点，其取样广泛，具有体积小，结构形式多样化，制备工艺简单，频率动态可调，角度不敏感等优点。在无损情况下，自旋共振的铁氧体具有无限大的等效模式磁导率，对应于无限大的波阻抗；引入材料固有损耗后这种由铁氧体实现的PMC在微波1.5GHz以下的低频段仍具有良好的性能，且形式灵活。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，涉及一种特殊对称性下铁氧体块或光子晶体周期性阵列结构，更具体地，涉及一种磁可调谐完美磁导体及天线。

背景技术

电磁波反射的研究历史悠久，最早可以追溯到原始社会，我们的祖先在古代就把水当作镜子。在现代应用中，镜子有更广泛的定义，根据电磁波的电磁特性，可以分为电镜和磁镜。在微波场中，这些镜子被正式命名为完美电导体(PEC)和完美磁导体(PMC)，这些镜子的特性分别对应于无限大的电导性和磁导性。PMC在电磁隧穿、天线和吸收器等领域有广泛的应用，设计PMC意义重大。PMC是一种磁镜，它在反射电磁波时不改变电场的相位，而是使磁场的相位反向，这一特性与PEC完全相反，PEC则是在反射电磁波时不改变磁场的相位，而是使电场的相位反向。这样，在PMC表面附近形成的是总电场的波腹，而不是波节，这就使放置在其附近的水平极化电偶极子能被有效吸收和发射。

然而，至今在自然界中也没有找到可以实现大角度频率可调的PMC。从入射端来看，PMC相当于开路，因此可以采用二维单平面光子带隙结构等高阻抗表面来实现微波波段的PMC，如金属结构块中的“fish-scale”结构和全介质的高折射率超材料就被用于实现PMC，现在设计的PMC很多结构复杂，加工制造非常困难，设计出实用的PMC主要是使其结构简单，易于加工。目前提出的人造光子晶体主要依赖于其结构，这种结构对入射角和偏振非常敏感，一旦结构设计好，相应的工作频率通常是固定的，而铁氧体材料在自旋共振频率时内秉的各向同性为构造PMC提供了一种新思路。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种结构简单，易于加工应用，尺寸小巧，可以实现宽入射角度，根据入射波的频率可以通过外加磁场来实现特定频率的PMC及天线。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下方案：

一种磁可调谐完美磁导体，包括置于空气中的整块铁氧体或由若干铁氧体磁柱紧密排列的铁氧体阵列；所述铁氧体块或铁氧体阵列外加偏置磁场，通过调节加偏置磁场使得铁氧体块或铁氧体阵列工作在自旋共振频率下。

作为优选，所述完美磁导体针对不同入射频率的电磁波通过改变外加偏置磁场的大小来保证其特性。

作为优选，所述完美磁导体的工作波长在微波段。

作为优选，所述完美磁导体利用矩形铁氧体块或者正方点阵铁氧体阵列来实现。

作为优选，所述完美磁导体的边界与外加偏置磁场垂直。

作为优选，所述完美磁导体的入射电磁波方向与外加偏置磁场垂直，且入射波电场的极化方向与外加偏置磁场的方向一致。

作为优选，所述完美磁导体所用的铁氧体为锰镁铁氧体或者钇铁石榴石，正方点阵下铁氧体的晶格常数a为圆柱半径R的两倍，即a＝2R，R≤1/4λ，λ是入射波在真空中的波长。

作为优选，所述完美磁导体所用的铁氧体块宽度W≥1/8λ，长度L≥3λ，或者正方点阵横向至少1列纵向至少6排。

作为优选，所述完美磁导体电磁波的入射角度的范围是-45°至45°。

一种水平极化电偶极子天线，所述天线平放于所述的磁可调谐完美磁导体的上表面。