一種三維各向同性負磁導率結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種負磁導率材料，特別是一種S維各向同性負磁導率結構，屬 于磁負"超材料"結構設計技術領域。
【背景技術】
[0002] 1968年，前蘇聯科學家Veselago對介電常數e和磁導率y同時為負值的媒介 做了深入研究，并從理論上提出了左手材料的概念。盡管左手材料有很多新奇的電磁特性， 但是自然界中并不存在實際的左手材料，Veselago的成果被忽視近30年。直到1999年， 英國的化n化y等提出周期性排列的金屬線（R孤）在其等離子體效應的作用下能產生負的 介電常數，并且發(fā)現金屬開口諧振環(huán)（SRRs)結構的磁導率在一定頻域內表現為負值。2001 年，美國加州大學的Smith等人用電路板刻蝕技術將化n化y提出的兩種結構組合成一種人 工復合材料，首次實現了微波段的雙負特性，從此左手材料的結構研究得W復。
[0003]S服S是左手材料中實現負磁導率的微結構單元，因此對S服S的研究成為左手材 料發(fā)展的關鍵，基于SRRs結構設計出磁導率為負的材料也一度成為"超材料"的研究熱潮。 例如隨后提出的矩形諧振環(huán)結構，樹叉型結構，八邊形諧振環(huán)結構等都是在SRRs的基礎上 改進的負磁導率結構，同時也在一定程度改善了SRRs結構損耗大，頻帶窄的缺陷。然而該 些類S服S結構基本都是一維的，即只有電磁波W平行S服S平面的方向入射時，才能實現磁 負特性。一維磁負材料在實用性方面存在很大的局限性，對于磁負材料該種異向介質而言， 只有實現各向同性才能得到更好的實際應用。在此基礎上，有學者提出了利用多個SRRs組 成S維立體結構來實現各向同性的新思路，例如塞維利亞大學的Baena等利用六個S服S圍 成了各向同性的正方體結構；瑞±的化ilippe等提出了兩個S服S相互正交的結構能實現 各向同性。但是，前者雖然能實現S維各向同性，但其結構完全是由多個SRRs堆擱而成，審U 備較為復雜；后者則只能在單一的平面內（〇u面）實現各向同性，不能實現S維各向同性。
[0004] 本實用新型
[0005] 在傳統(tǒng)開口諧振環(huán)（SRRs)結構的基礎上提出了一種新型的八開口諧振環(huán) (ESRRs)，ES服S與S服S具有相似的磁響應機理，都能夠實現磁導率為負的特性。本實用新 型將S個八開口諧振環(huán)相互正交構成一種S維立體結構（CESRRs)，該S維立體結構具有很 好的自身對稱性，克服了傳統(tǒng)開口諧振環(huán)只能實現單一平面各向同性的局限，能夠真正實 現S維各向同性。通過仿真分析發(fā)現ES服S在C波段（4.0-8.OGHz)內能實現磁導率為負 特性，并且實驗驗證了CES服S是一種C波段內的S維各向同性磁負結構?？蓪崿F在衛(wèi)星電 視廣播和各類小型衛(wèi)星地面站中的應用。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的是基于傳統(tǒng)開口諧振環(huán)結構，提出一種S維各向同性負磁導率 結構，該結構不僅可在C波段（4.0-8.OGHz)內實現磁導率為負特性，而且能夠完美實現S 維各向同性，是一種良好的=維各向同性磁負結構，解決了傳統(tǒng)磁負"超材料"制備的復雜 性和入射方向的局限性問題。
[0007] 為實現上述目的，本實用新型的設計方案是：一種S維各向同性負磁導率結構，所 述的=維各向同性負磁導率結構包括=個八開口諧振環(huán)，所述的八開口諧振環(huán)由一個侶制 內圓環(huán)和一個侶制外圓環(huán)嵌套組成，所述內圓環(huán)和外圓環(huán)的四等分處均設置有切口，所述 內圓環(huán)4個切口的中屯、分別與外圓環(huán)4個1/4圓弧的中屯、對應放置，所述S個八開口諧振 環(huán)的=個外圓環(huán)在外圓環(huán)切口處兩兩正交設置，所述=個八開口諧振環(huán)的=個內圓環(huán)在內 圓環(huán)1/4圓弧的中屯、處兩兩正交設置。
[000引根據本實用新型所述的八開口諧振環(huán)，進一步地，所述外圓環(huán)和內圓環(huán)的侶條厚 度為50um，寬度為4mm+lmm。
[0009] 根據本實用新型所述的八開口諧振環(huán)，進一步地，所述外圓環(huán)和內圓環(huán)的切口寬 度為 6mm+lmm〇
[0010] 有益效果：
[0011] 1.本實用新型取材方便，制備簡單，尺寸較小，無需傳統(tǒng)制備過程中的焊接、覆銅、 刻蝕等工序，便于加工，具有極大的實用價值。
[0012] 2.本實用新型的S維各向同性負磁導率結構由S個八開口諧振環(huán)相互正交而成， =個外圓環(huán)在切口處兩兩相交，=個內圓環(huán)在侶條中屯、（中性點）處兩兩相交，該種正交方 式不會影響結構的磁諧振行為，各諧振環(huán)之間不會產生電磁感應，材料整體呈現穩(wěn)定的特 性。
[0013] 3.本實用新型是基于傳統(tǒng)開口諧振環(huán)結構提出來的，二者具有相似的磁響應機 理，都能夠實現磁導率為負的特性。
[0014] 4.本實用新型的S維各向同性負磁導率結構是由S個八開口諧振環(huán)相互正交構 成一種=維立體結構。在=維空間中，該=維立體結構的磁諧振行為不依賴于電磁波的入 射角度，并且能在同一頻域范圍內實現負磁導率特性，可實現=維各向同性，是一種性能優(yōu) 良的S維各向同性磁負材料。
【附圖說明】
[0015] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細描述。
[0016] 圖1是本實用新型八開口諧振環(huán)的結構示意圖；
[0017] 圖2是本實用新型八開口諧振環(huán)的HFSS建模結構圖；
[0018] 圖3是采用本實用新型八開口諧振環(huán)時的電磁波平行入射的S參數幅值（地）圖；
[0019] 圖4是采用本實用新型八開口諧振環(huán)時的電磁波平行入射的等效磁導率實部圖。
[0020] 圖5是本實用新型實施例S維各向同性負磁導率結構的結構示意圖；
[002U 圖6是本實用新型實施例S維各向同性負磁導率結構的HFSS建模結構圖；
[0022]圖7是本實用新型實施例S維各向同性負磁導率結構繞其自身對稱軸Z軸順時針 旋轉一周，在〇u平面的四個象限內各自隨機選取一個旋轉角度，該四個旋轉角度對應的S21 參數幅值（地）對比圖；
[0023] 圖8是本實用新型實施例S維各向同性負磁導率結構繞其自身對稱軸Z軸順時針 旋轉一周，在〇u平面的四個象限內各自隨機選取一個旋轉角度，該四個旋轉角度對應的等 效磁導率實部對比圖；
[0024] 圖9是本實用新型實施例S維各向同性負磁導率結構同時繞S個坐標軸旋轉不 同的角度，隨機選取四種不同的旋轉方式，該四種旋轉條件對應的S,i參數幅值（地）對比 圖；
[0025] 圖10是本實用新型八開口諧振環(huán)外圓環(huán)結構；
[0026] 圖11是本實用新型八開口諧振環(huán)內圓環(huán)結構。
【具體實施方式】
[0027]本實用新型S維各向同性負磁導率結構實施例：
[002引本實用新型所述的=維各向同性負磁導率結構包括=個八開口諧振環(huán)，所述的八 開口諧振環(huán)由一個侶制內圓環(huán)和一個侶制外圓環(huán)嵌套組成，所述內圓環(huán)和外圓環(huán)的四等分 處均設置有切口，所述內圓環(huán)4個切口的中屯、分別與外圓環(huán)4個1/4圓弧的中屯、對應放置， 所述=個八開口諧振環(huán)的=個外圓環(huán)在外圓環(huán)切口處兩兩正交設置，所述=個八開口諧振 環(huán)的S個內圓環(huán)在內圓環(huán)1/4圓弧的中屯、處兩兩正交設置。該種正交方式不會影響結構的 磁諧振行為，有利于結構的分析和制作，是一種C波段內的S維各向同性磁負結構。
[0029]本實用新型的優(yōu)選實施例詳述如下：
[0030] 如圖1，八開口諧振環(huán)由兩個侶制圓環(huán)內外嵌套而成，內圓環(huán)和外圓環(huán)的四等分處 均設置有切口，由于內外兩個圓環(huán)共引入八個切口，故命名其為八開口諧振環(huán)。內圓環(huán)切口 中屯、分別與外圓環(huán)侶條中屯、對應放置。如圖5,本實施例S維各向同性負磁導率結構由S個 八開口諧振環(huán)組成，=個八開口諧振環(huán)相互正交構成的一種=維立體結構，結構中=個外 圓環(huán)在切口處相互正交，S個內圓環(huán)則在侶條中屯、處相互正交。圖2為本實用新型八開口 諧振環(huán)諧振環(huán)結構的HFSS建模結構，建模參數為侶條寬度w,= 4mm，厚度t= 0. 05mm，外 圓環(huán)半徑rwt= 20mm，內圓環(huán)半徑rh= 15mm，切口的寬度Wg= 6mm。仿真實驗中采用波端 口激勵，利用理想周期邊界條件，分別選取X方向為電邊界（PEC)，Z方向為磁邊界（PMC)， y方向設置為激勵入射端口。通過仿真得到該結構的S參數幅度（地）曲線如圖3所示，觀 察可W發(fā)現該結構在4. 4GHz左右出現明顯諧振，通過參數提取法提取的等效磁導率如圖4 所示，可見在圖3對應的4. 13-4. 31GHz的頻帶范圍內磁導率為負值。
[0031] 在電磁波水平入射時，八開口諧振環(huán)結構與傳統(tǒng)開口諧振環(huán)結構具有相同的磁響 應機理。開口諧振環(huán)是一種磁響應結構單元，可W產生磁諧振實現負磁導率。當入射波的 磁場分量垂直穿過諧振環(huán)平面時，由電磁感應定律可知在諧振環(huán)內有感應電流產生，從而 引入分布電感L;同時由于內外兩環(huán)之間縫隙和環(huán)上切口的存在，從而引入分布電容C。因 此開口諧振環(huán)就可W等效為與其結構相關的LC諧振電路，并且磁諧