专利名称：基于液晶的电场可调负磁导率器件及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种负磁导率器件，特别是基于液晶的电场可调负磁导率器件。还 涉及这种电场可调负磁导率器件的制作方法。
背景技术：
参，照图 8, 文献"Dependence of the distance between cut-wire-pair layers on resonance frequencies，，，Optics Express, 2008, vol.18, no.8, p.5934-5941，，公开了一禾中 基于金属片对的负磁导率材料，这种负磁导率材料在覆铜板1的正反两面分别刻蚀周期 排列的金属片5，金属片5在覆铜板1正反两面成对排列。在垂直入射电磁波激励下，覆 铜板1正反两面的金属片产生方向相反的感应电流并在金属片对内形成环形电流，这种 环形电流产生与入射波磁场方向相反的磁偶极矩，从而产生负磁导率。虽然这种基于金 属片对的负磁导率材料结构简单，但其工作频率不可变，只能在300MHz频段内有效工 作，这极大限制了负磁导率材料的应用。负磁导率材料的工作频率主要是由等效电感和等效电容决定的，即受金属片尺 寸、环境介电常数和磁导率等因素的影响。如希望在其他频段进行工作，目前采用的方 法是重新设计金属片尺寸或选用不同材料的覆铜板满足工作频段变化的需求。显然，这 种解决方法是被动的，耗时耗力。
发明内容
为了克服现有的负磁导率材料工作频段窄的不足，本发明提供一种基于液晶的 电场可调负磁导率器件，利用液晶有效介电常数受外加偏置电场影响的特点，将液晶注 入负磁导率器件中，可以使负磁导率器件的工作频率随外加偏置电场动态变化。本发明还提供这种电场可调负磁导率器件的制作方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案一种基于液晶的电场可调负磁导率 器件，包括覆铜板1，其特点是还包括U型压条2，所述覆铜板1是长方形、单面，有两 个，每个覆铜板1四个角有定位孔4，每个覆铜板1 一面刻蚀有金属片阵列，金属片阵列 由多个、多排金属片5排列而成，金属片阵列中同排相邻金属片5以金属细线连接，多排 金属片阵列的金属细线并连后与电极6相连；所述U型压条2外径与长方形的覆铜板1长 和宽等大，U型压条2的口部和底部与覆铜板1四个角配合部位有定位孔4，两个覆铜板 1相对放置，将U型压条2夹住，形成液晶注射腔3，液晶充满液晶注射腔3，一个覆铜 板1上的引出电极6接直流电源的正极，另一个覆铜板1上的引出电极6接直流电源的负 极。所述金属片5是长方形或者圆形任一种。所述覆铜板1是聚四氟乙烯纤维板。所述U型压条2的厚度是0.30 0.60mm。所述液晶为向列型液晶，其双折射率为An = 0.05 0.18。
所述金属片阵列中的金属片是矩形时的尺寸，W = 3.00 6.00mm，Wi = 0.5 1.00mm，L = 7.00 11.00mm，Px = 8.00 3.00mm，Py = 4.50 8.00mm。所述金属片阵列中的金属片是圆形时的尺寸，R = 4.00 5.50mm，= 0.5 1.00mm，Px = 10.00 13.00mm，Py = 10.00 13.00mm。一种上述电场可调负磁导率器件的制作方法，其特点是包括下述步骤(a)采用印刷电路板技术在覆铜板1的一面制备出金属片5阵列、电极6，同时 在覆铜板1四角机加工出定位孔；(b)利用旋转涂覆法将聚酰亚胺液晶定向剂涂覆于覆铜板1有金属片5阵列的一 面，采用阶梯升温法热固化形成薄膜，然后使用无尘布沿电极方向定向摩擦，得到液晶 分子沿覆铜板1表面平行排列的聚酰亚胺液晶定向层；(c)选用外径尺寸与覆铜板1等大的环氧玻璃板机加工出U型压条2，并在U型 压条2的口部和底部与覆铜板1四个角配合部位加工出定位孔4 ；(d)将两块带有金属片5阵列的覆铜板1以金属片一面相对的方式平行放置，将 U型压条2置于覆铜板1中间，通过定位孔将两块覆铜板1与U型压条2的位置对正后固 化，形成亚毫米厚度的液晶注射腔3，利用注射针管将向列型液晶注入液晶注射腔3内， 得到含有液晶的负磁导率器件。所述聚酰亚胺液晶定向层规格为沿面平行排列的液晶定向层，预倾角为1 4°。本发明的有益效果是由于在覆铜板与U型压条形成的液晶注射腔注入液晶， 从而使液晶成为负磁导率器件的基板；一个覆铜板上的引出电极接直流电源的正极，另 一个覆铜板上的引出电极接直流电源的负极，利用液晶介电性能易受外场调控的特性， 通过施加电场改变液晶的等效介电常数，实现负磁导率器件工作频率的动态可调，最大 调节幅度可达1.20GHz。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作详细说明。
图1是本发明基于液晶的电场可调负磁导率器件立体示意图。图2是图1中覆铜板上有金属片一面的示意图。图3是图2中矩形金属片阵列局部放大图。图4是实施例3中圆形金属片阵列的放大图。图5是实施例1所制作的基于液晶的电场可调负磁导率器件的微波透射谱随电场 变化的图谱。图6是实施例1所制作的基于液晶的电场可调负磁导率器件的磁导率随电场变化 图谱。图7是实施例2所制作的基于液晶的电场可调负磁导率器件的微波透射谱随电场 变化图谱。图8是背景技术基于金属片对的负磁导率材料示意图。图中，1-覆铜板；2-U型压条；3-液晶注射腔；4-定位孔；5-金属片；6-电 极。
具体实施例方式本发明基于液晶的电场可调负磁导率器件包括覆铜板1、U型压条2，覆铜板1 是长方形单面，有两个，每个覆铜板1四个角有定位孔4，每个覆铜板1 一面刻蚀有金属 片阵列，金属片阵列由长方形金属片5，或者圆形金属片5多个、多排排列而成，金属片 阵列中同排相邻金属片5以金属细线连接，多排金属片阵列的金属细线并连后与电极6相 连；U型压条2外径与长方形的长和宽等大，U型压条2的口部和底部与覆铜板1四个角 配合部位有定位孔4，两个覆铜板1相对放置，将U型压条2夹住，形成液晶注射腔3， 液晶充满液晶注射腔3，一个覆铜板1上的引出电极6接直流电源的正极，另一个覆铜板 1上的引出电极6接直流电源的负极。覆铜板1是聚四氟乙烯纤维板。本发明基于液晶的电场可调负磁导率器件制作过程如下，首先利用印刷电路板 技术在覆铜板1的一面上制备出金属片5阵列和电极6，且在覆铜板1四个角机加工直径 为1.0mm的定位孔4。然后在覆铜板1有金属片5阵列的一面旋转涂覆沿面排列的聚酰 亚胺液晶定向剂，采用阶梯升温法热固化形成薄膜，即1小时由60°C加热到120°C，恒温 1小时，1小时由120°C升温至180°C，恒温1小时，半小时由180°C加热至200°C并保持 恒温0.5小时，使用无尘布在聚酰亚胺薄膜上沿电极方向定向摩擦，得到可使液晶分子沿 面排列的聚酰亚胺液晶定向层。选用尺寸与覆铜板1相同厚度为0.30 0.60_的环氧 玻璃板，机加工边宽为5.0mm的U型压条2且在四个角加工直径为1.0mm的定位孔4。 将制备的两块覆铜板1以金属片5面相对的方式平行放置，将U型压条2置于两块覆铜 板1中间，利用定位孔4将两块覆铜板1与U型压条2的位置对正并进行粘接，从而形成 亚毫米厚度的液晶注射腔3。利用注射针管将向列型液晶注入液晶注射腔3内，得到含 有液晶的负磁导率器件；一个覆铜板1上的引出电极6接直流电源的正极，另一个覆铜板 1上的引出电极6接直流电源的负极，通过调节直流电源输出电压改变液晶的介电常数， 从而实现负磁导率器件工作频率的电场可调。电场可调负磁导率器件工作机理如下设计由覆铜板1和U型压条2组成的亚 毫米尺度液晶注射腔3填充液晶，从而使液晶成为负磁导率器件的基板，利用液晶介电 常数随外加电场变化而变化的特点，实现器件工作频率的调谐。两块覆铜板1上金属片5组成金属片对。在入射波磁场分量的激励下，金属片 对发生强磁谐振。在谐振频率附近，两个金属片5产生方向相反的表面感应电流形成环 形回路，产生与入射波磁场方向相反的磁偶极矩，从而导致负的有效磁导率，其谐振频 率可由等效电感电容电路分析com =1/VZC(1)式中，L是金属片对的电感；C是金属片对的电容，由平板模型等效分析C = ￡r-(2) 式中，％是负磁导率器件基板的介电常数，本发明中器件的基板为液晶。显 然，液晶的介电常数变化必然引起负磁导率器件电容的改变、谐振频率漂移和有效磁导 率幅值的变化。本发明所述的液晶为向列型液晶，其等效介电常数随其指向矢n偏转角度e变化的关系式如下
权利要求
1.一种基于液晶的电场可调负磁导率器件，包括覆铜板(1)，其特征在于还包括U 型压条(2)，所述覆铜板(1)是长方形、单面，有两个，每个覆铜板(1)四个角有定位孔 (4)，每个覆铜板(1) 一面刻蚀有金属片阵列，金属片阵列由多个、多排金属片(5)排列 而成，金属片阵列中同排相邻金属片(5)以金属细线连接，多排金属片阵列的金属细线 并连后与电极(6)相连；所述U型压条(2)外径与长方形的长和宽等大，U型压条(2) 的口部和底部与覆铜板⑴四个角配合部位有定位孔(4)，两个覆铜板⑴相对放置，将 U型压条(2)夹住，形成液晶注射腔(3)，液晶充满液晶注射腔(3)，一个覆铜板(1)上 的引出电极(6)接直流电源的正极，另一个覆铜板(1)上的引出电极(6)接直流电源的负 极。
2.根据权利要求1所述的基于液晶的电场可调负磁导率器件，其特征在于所述金 属片(5)是长方形或者圆形任一种。
3.根据权利要求1所述的基于液晶的电场可调负磁导率器件，其特征在于所述覆 铜板(1)是聚四氟乙烯纤维板。
4.根据权利要求1所述的基于液晶的电场可调负磁导率器件，其特征在于所述U型 压条(2)的厚度是0.30 0.60mm。
5.根据权利要求1所述的基于液晶的电场可调负磁导率器件，其特征在于所述液 晶为向列型液晶，其双折射率为Δη = 0.05 0.18。
6.根据权利要求1所述的基于液晶的电场可调负磁导率器件，其特征在于所述金 属片阵列中的金属片是矩形时的尺寸，W = 3.00 6.00mm，Wl = 0.5 1.00mm，L = 7.00 11.00mm，Px = 8.00 3.00mm，Py = 4.50 8.00mm。
7.根据权利要求1所述的基于液晶的电场可调负磁导率器件，其特征在于所述所 述的金属片阵列中的金属片是圆形时的尺寸，R = 4.00 5.50mm，Wl = 0.5 1.00mm， Px = 10.00 13.00mm，Py = 10.00 13.00mm。
8 .—种权利要求1所述基于液晶的电场可调负磁导率器件的制作方法，其特征在于包 括下述步骤(a)采用印刷电路板技术在覆铜板(1)的一面制备出金属片(5)阵列、电极(6)，同 时在覆铜板(1)四角机加工出定位孔；(b)利用旋转涂覆法将聚酰亚胺液晶定向剂涂覆于覆铜板(1)有金属片(5)阵列的一 面，采用阶梯升温法热固化形成薄膜，然后使用无尘布沿电极方向定向摩擦，得到液晶 分子沿覆铜板(1)表面平行排列的聚酰亚胺液晶定向层；(C)选用外径尺寸与覆铜板(1)等大的环氧玻璃板机加工出U型压条(2)，并在U型 压条(2)的口部和底部与覆铜板(1)四个角配合部位加工出定位孔(4)；(d)将两块带有金属片(5)阵列的覆铜板(1)以金属片一面相对的方式平行放置，将 U型压条(2)置于覆铜板(1)中间，通过定位孔将两块覆铜板(1)与U型压条(2)的位置 对正后固化，形成亚毫米厚度的液晶注射腔(3)，利用注射针管将向列型液晶注入液晶注 射腔(3)内，得到含有液晶的负磁导率器件。
9.根据权利要求8所述基于液晶的电场可调负磁导率器件的制作方法，其特征在于 所述聚酰亚胺液晶定向层规格为沿面平行排列的液晶定向层，预倾角为1 4°。
全文摘要
本发明公开了一种基于液晶的电场可调负磁导率器件，还公开了这种基于液晶的电场可调负磁导率器件的制作方法，用于解决现有的负磁导率材料工作频段窄的技术问题。技术方案是在覆铜板与U型压条形成的液晶注射腔注入液晶，从而使液晶成为负磁导率器件的基板；一个覆铜板上的引出电极接直流电源的正极，另一个覆铜板上的引出电极接直流电源的负极，利用液晶介电性能易受外场调控的特性，通过施加电场改变液晶的等效介电常数，实现了负磁导率器件工作频率的动态可调，最大调节幅度可达1.20GHz。
文档编号G02F1/355GK102013545SQ20101028951
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者张卫红, 张富利, 汤兴刚, 邱克鹏 申请人:西北工业大学