一种三维各向同性负磁导率结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种负磁导率材料，特别是一种S维各向同性负磁导率结构，属 于磁负"超材料"结构设计技术领域。
【背景技术】
[0002] 1968年，前苏联科学家Veselago对介电常数e和磁导率y同时为负值的媒介 做了深入研究，并从理论上提出了左手材料的概念。尽管左手材料有很多新奇的电磁特性， 但是自然界中并不存在实际的左手材料，Veselago的成果被忽视近30年。直到1999年， 英国的化n化y等提出周期性排列的金属线（R孤）在其等离子体效应的作用下能产生负的 介电常数，并且发现金属开口谐振环（SRRs)结构的磁导率在一定频域内表现为负值。2001 年，美国加州大学的Smith等人用电路板刻蚀技术将化n化y提出的两种结构组合成一种人 工复合材料，首次实现了微波段的双负特性，从此左手材料的结构研究得W复。
[0003]S服S是左手材料中实现负磁导率的微结构单元，因此对S服S的研究成为左手材 料发展的关键，基于SRRs结构设计出磁导率为负的材料也一度成为"超材料"的研究热潮。 例如随后提出的矩形谐振环结构，树叉型结构，八边形谐振环结构等都是在SRRs的基础上 改进的负磁导率结构，同时也在一定程度改善了SRRs结构损耗大，频带窄的缺陷。然而该 些类S服S结构基本都是一维的，即只有电磁波W平行S服S平面的方向入射时，才能实现磁 负特性。一维磁负材料在实用性方面存在很大的局限性，对于磁负材料该种异向介质而言， 只有实现各向同性才能得到更好的实际应用。在此基础上，有学者提出了利用多个SRRs组 成S维立体结构来实现各向同性的新思路，例如塞维利亚大学的Baena等利用六个S服S围 成了各向同性的正方体结构；瑞±的化ilippe等提出了两个S服S相互正交的结构能实现 各向同性。但是，前者虽然能实现S维各向同性，但其结构完全是由多个SRRs堆搁而成，审U 备较为复杂；后者则只能在单一的平面内（〇u面）实现各向同性，不能实现S维各向同性。
[0004] 本实用新型
[0005] 在传统开口谐振环（SRRs)结构的基础上提出了一种新型的八开口谐振环 (ESRRs)，ES服S与S服S具有相似的磁响应机理，都能够实现磁导率为负的特性。本实用新 型将S个八开口谐振环相互正交构成一种S维立体结构（CESRRs)，该S维立体结构具有很 好的自身对称性，克服了传统开口谐振环只能实现单一平面各向同性的局限，能够真正实 现S维各向同性。通过仿真分析发现ES服S在C波段（4.0-8.OGHz)内能实现磁导率为负 特性，并且实验验证了CES服S是一种C波段内的S维各向同性磁负结构。可实现在卫星电 视广播和各类小型卫星地面站中的应用。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是基于传统开口谐振环结构，提出一种S维各向同性负磁导率 结构，该结构不仅可在C波段（4.0-8.OGHz)内实现磁导率为负特性，而且能够完美实现S 维各向同性，是一种良好的=维各向同性磁负结构，解决了传统磁负"超材料"制备的复杂 性和入射方向的局限性问题。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型的设计方案是：一种S维各向同性负磁导率结构，所 述的=维各向同性负磁导率结构包括=个八开口谐振环，所述的八开口谐振环由一个侣制 内圆环和一个侣制外圆环嵌套组成，所述内圆环和外圆环的四等分处均设置有切口，所述 内圆环4个切口的中屯、分别与外圆环4个1/4圆弧的中屯、对应放置，所述S个八开口谐振 环的=个外圆环在外圆环切口处两两正交设置，所述=个八开口谐振环的=个内圆环在内 圆环1/4圆弧的中屯、处两两正交设置。
[000引根据本实用新型所述的八开口谐振环，进一步地，所述外圆环和内圆环的侣条厚 度为50um，宽度为4mm+lmm。
[0009] 根据本实用新型所述的八开口谐振环，进一步地，所述外圆环和内圆环的切口宽 度为 6mm+lmm〇
[0010] 有益效果：
[0011] 1.本实用新型取材方便，制备简单，尺寸较小，无需传统制备过程中的焊接、覆铜、 刻蚀等工序，便于加工，具有极大的实用价值。
[0012] 2.本实用新型的S维各向同性负磁导率结构由S个八开口谐振环相互正交而成， =个外圆环在切口处两两相交，=个内圆环在侣条中屯、（中性点）处两两相交，该种正交方 式不会影响结构的磁谐振行为，各谐振环之间不会产生电磁感应，材料整体呈现稳定的特 性。
[0013] 3.本实用新型是基于传统开口谐振环结构提出来的，二者具有相似的磁响应机 理，都能够实现磁导率为负的特性。
[0014] 4.本实用新型的S维各向同性负磁导率结构是由S个八开口谐振环相互正交构 成一种=维立体结构。在=维空间中，该=维立体结构的磁谐振行为不依赖于电磁波的入 射角度，并且能在同一频域范围内实现负磁导率特性，可实现=维各向同性，是一种性能优 良的S维各向同性磁负材料。
【附图说明】
[0015] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细描述。
[0016] 图1是本实用新型八开口谐振环的结构示意图；
[0017] 图2是本实用新型八开口谐振环的HFSS建模结构图；
[0018] 图3是采用本实用新型八开口谐振环时的电磁波平行入射的S参数幅值（地）图；
[0019] 图4是采用本实用新型八开口谐振环时的电磁波平行入射的等效磁导率实部图。
[0020] 图5是本实用新型实施例S维各向同性负磁导率结构的结构示意图；
[002U 图6是本实用新型实施例S维各向同性负磁导率结构的HFSS建模结构图；
[0022]图7是本实用新型实施例S维各向同性负磁导率结构绕其自身对称轴Z轴顺时针 旋转一周，在〇u平面的四个象限内各自随机选取一个旋转角度，该四个旋转角度对应的S21 参数幅值（地）对比图；
[0023] 图8是本实用新型实施例S维各向同性负磁导率结构绕其自身对称轴Z轴顺时针 旋转一周，在〇u平面的四个象限内各自随机选取一个旋转角度，该四个旋转角度对应的等 效磁导率实部对比图；
[0024] 图9是本实用新型实施例S维各向同性负磁导率结构同时绕S个坐标轴旋转不 同的角度，随机选取四种不同的旋转方式，该四种旋转条件对应的S,i参数幅值（地）对比 图；
[0025] 图10是本实用新型八开口谐振环外圆环结构；
[0026] 图11是本实用新型八开口谐振环内圆环结构。
【具体实施方式】
[0027]本实用新型S维各向同性负磁导率结构实施例：
[002引本实用新型所述的=维各向同性负磁导率结构包括=个八开口谐振环，所述的八 开口谐振环由一个侣制内圆环和一个侣制外圆环嵌套组成，所述内圆环和外圆环的四等分 处均设置有切口，所述内圆环4个切口的中屯、分别与外圆环4个1/4圆弧的中屯、对应放置， 所述=个八开口谐振环的=个外圆环在外圆环切口处两两正交设置，所述=个八开口谐振 环的S个内圆环在内圆环1/4圆弧的中屯、处两两正交设置。该种正交方式不会影响结构的 磁谐振行为，有利于结构的分析和制作，是一种C波段内的S维各向同性磁负结构。
[0029]本实用新型的优选实施例详述如下：
[0030] 如图1，八开口谐振环由两个侣制圆环内外嵌套而成，内圆环和外圆环的四等分处 均设置有切口，由于内外两个圆环共引入八个切口，故命名其为八开口谐振环。内圆环切口 中屯、分别与外圆环侣条中屯、对应放置。如图5,本实施例S维各向同性负磁导率结构由S个 八开口谐振环组成，=个八开口谐振环相互正交构成的一种=维立体结构，结构中=个外 圆环在切口处相互正交，S个内圆环则在侣条中屯、处相互正交。图2为本实用新型八开口 谐振环谐振环结构的HFSS建模结构，建模参数为侣条宽度w,= 4mm，厚度t= 0. 05mm，外 圆环半径rwt= 20mm，内圆环半径rh= 15mm，切口的宽度Wg= 6mm。仿真实验中采用波端 口激励，利用理想周期边界条件，分别选取X方向为电边界（PEC)，Z方向为磁边界（PMC)， y方向设置为激励入射端口。通过仿真得到该结构的S参数幅度（地）曲线如图3所示，观 察可W发现该结构在4. 4GHz左右出现明显谐振，通过参数提取法提取的等效磁导率如图4 所示，可见在图3对应的4. 13-4. 31GHz的频带范围内磁导率为负值。
[0031] 在电磁波水平入射时，八开口谐振环结构与传统开口谐振环结构具有相同的磁响 应机理。开口谐振环是一种磁响应结构单元，可W产生磁谐振实现负磁导率。当入射波的 磁场分量垂直穿过谐振环平面时，由电磁感应定律可知在谐振环内有感应电流产生，从而 引入分布电感L;同时由于内外两环之间缝隙和环上切口的存在，从而引入分布电容C。因 此开口谐振环就可W等效为与其结构相关的LC谐振电路，并且磁谐