[发明专利]基于亚铁磁体的可调谐三频负磁导率超材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于亚铁磁体的可调谐三频负磁导率超材料及制备方法，属于微波电磁材料领域。

背景技术

2000年，D.R.Smith等人基于J.B.Pendry提出的构造负介电常数材料、单负磁导率材料的思想，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材料，实现了1976年前苏联科学家V.G.Veselago所预言的理想负折射率材料。负折射率材料已成为当今物理学、材料学、电磁学、光学等领域及交叉学科的重点研究对象，具有广泛的应用前景和重要的科学意义。通常实现负折射率材料的方法均是由单负介电常数材料和单负磁导率材料合成。由周期排列的金属线阵列很容易实现宽频带单负介电常数，而实现宽频的单负磁导率材料成为制约负折射率材料的关键性技术问题。

负磁导率材料是一种自然界中不存在的人工复合结构材料，通过调节其结构单元的几何形状和空间图案分布，即可得到磁导率小于零的材料。负磁导率材料同负介电常数材料复合在一起即可制得一种新颖的材料—左手材料。在该材料中，电磁波的相速度和群速度方向相反，从而呈现出许多新颖的光学特性，如反常Doppler效应、反常Cherenkov效应、完美透镜效应、负折射效应等。因而在无线电通信、超敏感传感器、医学诊断成像等领域有重要的应用价值。

目前实现宽频负磁导率材料的方法主要有双频、三频、多频等技术；以及基于铁电、铁磁、液晶等材料，通过外加电场、磁场、温度控制等技术以实现可调谐的方法。然而，要进一步地实现宽频智能控制，以应用于各种不同的应用场合，急需设计出一种宽频或多频的具有可调谐性能的负折射率材料，其中最为关键的技术即为实现宽频或多频的具有智能可调谐的单负磁导率超材料。

CN 1670602A涉及一种层状微波负磁导率材料，特别涉及一种透射强度可调谐的层状微波负磁导率材料。与以往材料相比，本发明负磁导率材料的结构单元为金属六边形开口谐振环；由内外环几何尺寸可以调控结构单元的谐振频率和谐振强度；通过调节组成结构单元的几何尺寸及晶格常数，即引入缺陷谐振环和不同的电磁相互耦合作用可以制得可调谐层状微波负磁导率材料。所制备材料的微波透射测试表明，其谐振频率在8200~8400MHz频段内可调控，谐振强度可在-31~-7dB范围内变化。

本发明基于亚铁磁体的智能可调谐特性，以及可简单实现双频负磁导率的单环结构，提出一种三频智能可调谐的单负磁导率超材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于亚铁磁体的可调谐三频负磁导率超材料及制备方法，所述负磁导率超材料的工作频率宽、性能稳定；所述制备方法简单易行。

本发明所述的基于亚铁磁体的可调谐三频负磁导率超材料，由亚铁磁体与印制有一种单环双磁谐振结构的印制电路板层叠而成。具体实现方法是由印制有单环双磁谐振结构单元阵列的印制电路板实现两个负磁导率频段，由亚铁磁体在外加直流磁场控制下实现另一负磁导率频段；通过改变外加直流磁场强度，同时智能控制三个负磁导率频段。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于亚铁磁体的可调谐三频负磁导率超材料，该材料由金属单环双磁谐振环结构、陶瓷基碳氢化合物合成基板以及亚铁磁体层叠构成。

所述的金属单环双磁谐振环结构刻蚀于陶瓷基碳氢化合物合成基板上。

在所述陶瓷基碳氢化合物合成基板上刻蚀的金属单环双磁谐振环结构具有两个负磁导率频段，所述亚铁磁体在外加直流磁场条件下具有另一负磁导率频段，所述陶瓷基碳氢化合物合成基板减小金属谐振环与亚铁磁体之间的相互耦合关系，所述负磁导率超材料在外加磁场变化下三个频段均可智能控制调谐。

本发明所述陶瓷基碳氢化合物合成基板材料选用介电损耗角正切值小于0.02的陶瓷基碳氢化合物合成基板。进一步地，所述基板厚度为0.254~0.762mm。

在所述金属单环双磁谐振环结构的金属线厚度为0.018~0.035mm，宽度为0.1~0.3mm；

进一步地，金属线间的间距为0.1~0.3mm，缝隙宽度为0.1~0.3mm；

更进一步地，所述金属单环双磁谐振环结构单元尺寸为3.4~5mm，周期间隔为4~6mm。

所述亚铁磁体选用损耗角正切值小于0.005的微波石榴石铁氧体，优选其厚度为0.5~2mm。

本发明还提供了一种基于亚铁磁体的可调谐三频负磁导率超材料的制备方法，包括以下步骤：

1）在陶瓷基碳氢化合物合成基板上刻蚀出单环双磁谐振环结构阵列，制成印刷电路板；