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，并且發現金屬開口諧振環（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結構，樹叉型結構，八邊形諧振環結構等都是在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] 在傳統開口諧振環（SRRs)結構的基礎上提出了一種新型的八開口諧振環 (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，克服了傳統開口諧振環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。可實現在衛星電 視廣播和各類小型衛星地面站中的應用。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的是基于傳統開口諧振環結構，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，所述的八開口諧振環由一個侶制 內圓環和一個侶制外圓環嵌套組成，所述內圓環和外圓環的四等分處均設置有切口，所述 內圓環4個切口的中屯、分別與外圓環4個1/4圓弧的中屯、對應放置，所述S個八開口諧振 環的=個外圓環在外圓環切口處兩兩正交設置，所述=個八開口諧振環的=個內圓環在內 圓環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，進一步地，所述外圓環和內圓環的侶條厚 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，進一步地，所述外圓環和內圓環的切口寬 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個八開口諧振環相互正交而成， =個外圓環在切口處兩兩相交，=個內圓環在侶條中屯、（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，各諧振環之間不會產生電磁感應，材料整體呈現穩定的特 性。
[0013] 3.本實用新型是基于傳統開口諧振環結構提出來的，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 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的結構示意圖；
[0017] 圖2是本實用新型八開口諧振環的HFSS建模結構圖；
[0018] 圖3是采用本實用新型八開口諧振環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外圓環結構；
[0026] 圖11是本實用新型八開口諧振環內圓環結構。
【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，所述的八 開口諧振環由一個侶制內圓環和一個侶制外圓環嵌套組成，所述內圓環和外圓環的四等分 處均設置有切口，所述內圓環4個切口的中屯、分別與外圓環4個1/4圓弧的中屯、對應放置， 所述=個八開口諧振環的=個外圓環在外圓環切口處兩兩正交設置，所述=個八開口諧振 環的S個內圓環在內圓環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]本實用新型的優選實施例詳述如下：
[0030] 如圖1，八開口諧振環由兩個侶制圓環內外嵌套而成，內圓環和外圓環的四等分處 均設置有切口，由于內外兩個圓環共引入八個切口，故命名其為八開口諧振環。內圓環切口 中屯、分別與外圓環侶條中屯、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 八開口諧振環組成，=個八開口諧振環相互正交構成的一種=維立體結構，結構中=個外 圓環在切口處相互正交，S個內圓環則在侶條中屯、處相互正交。圖2為本實用新型八開口 諧振環諧振環結構的HFSS建模結構，建模參數為侶條寬度w,= 4mm，厚度t= 0. 05mm，外 圓環半徑rwt= 20mm，內圓環半徑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，八開口諧振環結構與傳統開口諧振環結構具有相同的磁響 應機理。開口諧振環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平面時，由電磁感應定律可知在諧振環內有感應電流產生，從而 引入分布電感L;同時由于內外兩環之間縫隙和環上切口的存在，從而引入分布電容C。因 此開口諧振環就可W等效為與其結構相關的LC諧振電路，并且磁諧