一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210257971.5	申请日：	2012.07.24
公开号：	CN102769205A	公开日：	2012.11.07
当前法律状态：	驳回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):H01Q 15/00申请公布日:20121107\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H01Q 15/00申请日:20120724\|\|\|公开
IPC分类号：	H01Q15/00; H01Q15/02	主分类号：	H01Q15/00
申请人：	电子科技大学; 无锡成电科大科技发展有限公司
发明人：	文光俊; 黄勇军; 王黄腾龙; 钟靖平
地址：	214135 江苏省无锡市无锡新区太科园中国传感网大学科技园立业楼A区402室
优先权：
专利代理机构：	北京品源专利代理有限公司 11332	代理人：	杨晞
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内容摘要

本发明涉及一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法，属于微波电磁材料技术领域。所述媒质可分别由刻蚀有SRR和金属线结构、Ω状结构、截断金属短线和金属线的介质板与亚铁磁体层叠构成。本发明所构造的双频负折射率媒质具有智能可调谐特性，可用于可调谐双频带通/带阻滤波器、可调谐双频电磁隐形材料和吸波材料等领域。

权利要求书

1：一种可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，所述媒质由刻蚀有谐振单元阵列的介质板与亚铁磁体层叠构成。2：如权利要求 1 所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，所述谐振单元阵列为 SRR 和金属线结构、 Ω 状结构、截断金属短线和金属线结构中的任一种；优选地，所述介质板的介电损耗角正切值小于 0.023：如权利要求 1 或 2 所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，由刻蚀在介质板上的 SRR 结构、 Ω 状结构或截断金属短线结构实现一个频段的单负磁导率；由亚铁磁体在外加直流磁场控制下实现另一个频段负磁导率；由刻蚀在介质板上的金属线实现宽频的单负介电常数，其工作频段覆盖两个负磁导率频段，从而实现双频的负折射率特性；通过改变外加直流磁场强度，同时智能控制两个负折射率频段。4：如权利要求 1-3 任一项所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，在基于亚铁磁体的 SRR 和金属线结构可调谐双频负折射率媒质中，构成 SRR 结构的金属厚度 0.017mm ～ 0.035mm，线宽 0.1mm ～ 0.2mm ； SRR 结构外环尺寸 1.6mm ～ 2mm，内环尺寸 0.8mm ～ 1.2mm ；金属线厚度 0.017mm ～ 0.035mm，线宽 0.2mm ～ 0.5mm ； SRR 结构与金属线间距 0.2mm ～ 0.4mm ；介质板厚度 0.5mm ～ 1mm，亚铁磁体厚度 0.5mm ～ 1mm，周期尺寸 2mm ～ 3mm。5：如权利要求 1-4 任一项所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，在基于亚铁磁体的 Ω 状结构可调谐双频负折射率媒质中，两个 Ω 状结构旋转对称，构成 Ω 状结构的金属厚度 0.017mm ～ 0.035mm，线宽 0.3mm ～ 0.5mm ；两个旋转对称 Ω 状结构间距 0.2mm ～ 0.4mm ；介质板厚度 0.5mm ～ 1mm，亚铁磁体厚度 0.5mm ～ 1mm，周期尺寸 2mm ～ 3mm。6：如权利要求 1-5 任一项所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，在基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质中，截断金属短线和金属线厚度 0.017mm ～ 0.035mm，线宽 0.1mm ～ 0.2mm ；截断金属短线长度 3mm ～ 3.8mm，截断金属短线与金属线间隔 0.3mm ～ 0.5mm，介质板厚度 0.25mm ～ 0.5mm，亚铁磁体厚度 0.3mm ～ 0.6mm，周期尺寸 2mm ～ 5mm。7：如权利要求 1-6 任一项所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，所述亚铁磁体基片厚度为 0.3mm ～ 1mm。8：如权利要求 1-7 任一项所述的可调谐双频负折射率媒质的用途，其特征在于，所述的可调谐双频负折射率媒质具有智能可调谐特性，可用于可调谐双频带通 / 带阻滤波器、可调谐双频电磁隐形材料和吸波材料领域。9：如权利要求 1-7 任一项所述的可调谐双频负折射率媒质的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）制备亚铁磁体基片；（2）采用电路板刻蚀技术，在介质板上刻蚀出谐振单元阵列；（3）由步骤（1）获得的亚铁磁体基片与步骤（2）获得的刻蚀有相应谐振单元阵列的印制电路板层叠放置并粘在一起，得到基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质。10：如权利要求 9 所述的方法，其特征在于，所述亚铁磁体基片厚度为 0.3mm ～ 1mm ；优选地，所述介质板的介电损耗角正切值小于 0.02。

说明书

一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法
    技术领域本发明涉及微波电磁材料领域，具体地，本发明涉及一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法。
     背景技术 2000 年， D.R.Smith 等人基于 J.B.Pendry 提出的构造单负介电常数材料、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媒质，实现了 1976 年前苏联科学家 V.G.Veselago 所预言的理想负折射率媒质。负折射率媒质已成为当今物理学、材料学、电磁学、光学等领域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。
     通常实现负折射率媒质的方法均是由单负介电常数材料和单负磁导率材料分别合成。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，而要实现宽频的单负磁导率材料成为制约负折射率媒质的关键性技术问题。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。
     CN 1835277A 公开了一种负折射率微波媒质材料及其制备方法，属于微波材料技术领域。材料由单负磁导率的绝缘型铁磁材料或绝缘型亚铁磁材料和金属导线组成，所述金属导线均匀嵌入单负磁导率的绝缘型铁磁材料或绝缘型亚铁磁材料中。针对金属导线阵列而言，该发明提供了三种负折射率材料：一维晶格型、二维晶格型和三维晶格型。制备方法是将宽带单负磁导率的绝缘型铁磁材料或绝缘型亚铁磁材料和宽带单负介电常数的金属导线阵列结构，二者相互重叠，构成所述负折射率媒质。但该负折射率微波媒质材料只能实现单频段的负折射率。
     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媒质，而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。
     本发明基于亚铁磁体在外加直流磁场条件下表现出的负磁导率特性和智能可调谐特性，以及可实现负磁导率特性的谐振单元阵列（SRR 结构、 Ω 状结构、截断金属短线结构），提出一种智能可调谐的双频负折射率媒质及其制备方法。
     发明内容针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质。所述基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质由刻蚀有谐振单元阵列的介质板与亚铁磁体层叠构成。
     优选地，所述谐振单元阵列为 SRR 和金属线结构、 Ω 状结构、截断金属短线和金属线结构中的任一种。
     优选地，所述介质板的介电损耗角正切值小于 0.02。
     具体实现方法是由刻蚀在介质板上的 SRR、 Ω 状结构或截断金属短线结构实现一个频段的单负磁导率；由亚铁磁体在外加直流磁场控制下实现另一个频段负磁导率；由刻蚀在介质板上的金属线实现宽频的单负介电常数，其工作频段覆盖两个负磁导率频段，从而实现双频的负折射率特性；通过改变外加直流磁场强度，同时智能控制两个负折射率频段。
     本发明所提出的具有三种谐振单元阵列的基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质的示意图如图 2、图 6、图 10 所示。
     （1）基于亚铁磁体的 SRR 和金属线结构可调谐双频负折射率媒质
     其中，构成 SRR 结构的金属厚度 0.017mm ～ 0.035mm，线宽 0.1mm ～ 0.2mm ； SRR 结构外环尺寸 1.6mm ～ 2mm，内环尺寸 0.8mm ～ 1.2mm ；金属线厚度 0.017mm ～ 0.035mm，线宽 0.2mm ～ 0.5mm ； SRR 结构与金属线间距 0.2mm ～ 0.4mm ；介质板厚度 0.5mm ～ 1mm，亚铁磁体厚度 0.5mm ～ 1mm，周期尺寸 2mm ～ 3mm。
     （2）基于亚铁磁体的 Ω 状结构可调谐双频负折射率媒质
     其中，两个 Ω 状结构旋转对称，构成 Ω 状结构的金属厚度 0.017mm ～ 0.035mm，线宽 0.3mm ～ 0.5mm ；两个旋转对称 Ω 状结构间距 0.2mm ～ 0.4mm ；介质板厚度 0.5mm ～ 1mm，亚铁磁体厚度 0.5mm ～ 1mm，周期尺寸 2mm ～ 3mm。
     （3）基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质
     其中，截断金属短线和金属线厚度 0.017mm ～ 0.035mm，线宽 0.1mm ～ 0.2mm ；截断金属短线长度 3mm ～ 3.8mm，截断金属短线与金属线间隔 0.3mm ～ 0.5mm，介质板厚度 0.25mm ～ 0.5mm，亚铁磁体厚度 0.3mm ～ 0.6mm，周期尺寸 2mm ～ 5mm。
     优选地，所述亚铁磁体基片厚度为 0.3mm ～ 1mm。
     本发明的目的之一还在于提供所述的可调谐双频负折射率媒质的用途。所述的可调谐双频负折射率媒质具有智能可调谐特性，可用于可调谐双频带通 / 带阻滤波器、可调谐双频电磁隐形材料和吸波材料领域。
     本发明的目的之一还在于提供所述基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质的制备方法，所述方法包括以下步骤：
     （1）制备亚铁磁体基片；
     （2）采用电路板刻蚀技术，在介质板上刻蚀出谐振单元阵列；
     （3）由步骤（1）获得的亚铁磁体基片与步骤（2）获得的刻蚀有相应谐振单元阵列的印制电路板层叠放置并粘在一起，得到基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质。
     优选地，所述亚铁磁体基片厚度为 0.3mm ～ 1mm。
     优选地，所述介质板的介电损耗角正切值小于 0.02。
     采用磁场强度可调的磁场发生器以产生 2kOe ～ 3kOe 的直流磁场，作用于本发明所述的基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质，可智能控制两个负折射率工作频段。附图说明
     图 1 是不同外加磁场下亚铁磁体等效磁导率随频率的变化曲线图，其中内插图为外加直流磁场作用于亚铁磁体的方向示意图；
     图 2 是基于亚铁磁体的 SRR 和金属线结构双频负折射率媒质单元图；图 3 是基于亚铁磁体的 SRR 和金属线结构双频负折射率媒质的 S- 参数随频率变化曲线图；
     图4中：（a）基于亚铁磁体的 SRR 和金属线结构双频负折射率媒质等效阻抗；（b）基于亚铁磁体的 SRR 和金属线结构双频负折射率媒质等效折射率特性；
     图 5 是基于亚铁磁体的 SRR 和金属线结构双频负折射率媒质的传输系数随外加直流磁场变化的频移特性；
     图 6 是基于亚铁磁体的 Ω 状结构双频负折射率媒质单元图；
     图 7 是基于亚铁磁体的 Ω 状结构双频负折射率媒质 S- 参数随频率变化曲线图；
     图8中：（a）基于亚铁磁体的 Ω 状结构双频负折射率媒质等效阻抗；（b）基于亚铁磁体的 Ω 状结构双频负折射率媒质等效折射率特性；
     图 9 是基于亚铁磁体的 Ω 状结构双频负折射率媒质的传输系数随外加直流磁场变化的频移特性；
     图 10 是基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质单元图；
     图 11 是基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质 S- 参数随频率变化曲线图；图 12 中：（a）基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质等效阻抗；（b）基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质等效折射率特性；
     图 13 是基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质传输系数随外加直流磁场变化的频移特性。
     附图标记： 1—铁氧体； 2—介质。
     具体实施方式
     首先，采用电路板刻蚀技术，在介电损耗较小的介质板上分别刻蚀出 SRR 和金属线、 Ω 状结构、截断金属短线和金属线三种结构；其次，选用 Trans-Tech 有限公司的商用微波石榴石铁氧体类亚铁磁体基片 TT1-3000 系列，其具体参数为：饱和磁化强度 4πMs=3000Gs，介电常数 εr=12.9，损耗正切角 tanδ=0.0005，铁磁共振线宽 ΔH=228Oe，亚铁磁体厚度为 0.3mm ～ 1mm ；最后，将刻蚀有三种谐振单元阵列的印制电路板分别与微波石榴石铁氧体类亚铁磁体基片层叠放置并粘在一起以构成可调谐双频负折射率媒质。采用磁场强度可调的磁场发生器以产生 2kOe ～ 3kOe 的直流磁场，外加直流磁场沿如图 1 所示的方向作用于该亚铁磁体。通过改变外加直流磁场强度，智能控制两个负折射率工作频段。
     本发明工作机理如下：
     如图 1 所示，当入射电磁波沿 y 方向入射时，极化方向沿 z 方向，外加直流磁场沿 z 方向作用于亚铁磁体，其等效磁导率为
     其中 ω0=γH0 为铁磁共振频率、 γ 是旋磁比、 ωm=4πγMs 是亚铁磁体的特征频率、 H0 为外加直流磁场偏置， α 为铁磁旋紧衰减，通常忽略 α 的高阶无穷小量。
     利用上述公式以及 TT1-3000 系列参数计算得出其等效磁导率随频率变化特性如图 1 所示。由图可知，亚铁磁体在不同外加磁场下显示出不同频段的谐振特性以及不同频段的负磁导率特性。在外加直流磁场 H0=2.2kOe 时，其等效磁导率在 9.5-14GHz 的范围内呈现负值，然后在 15GHz 以后变为正值。因此，利用亚铁磁体与常规单频负折射率煤质相组合的方式（常规负折射率煤质的谐振频率与亚铁磁体的负等效磁导率不同），可以等到两个负折射率工作频段。本发明利用 SRR 和金属线结构、 Ω 状结构以及截断金属短线和金属线结构负折射率煤质加载亚铁磁体以实现双频负折射率煤质特性。
     此外，如图 1 所示，当外加磁场在 2.2kOe 到 3kOe 变化时，亚铁磁体的谐振频率在 9.5GHz 到 12GHz 变化。当外加直流磁场增加时，亚铁磁体的谐振频率增加，从而 SRR 结构、 Ω 状结构以及截断金属短线的谐振频率增加，因此另外一个负频带也可以通过改变外加磁场来改变。因此，基于亚铁磁体的双频负折射率频带可以简单的通过改变外加磁场来调节。
     为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
     实施例一
     图 2 为基于亚铁磁体的 SRR 和金属线谐振结构的双频负折射率媒质示意图，其尺寸设置为： SRR 结构和金属线的厚度 0.017mm，亚铁磁体厚度 a ＝ 0.7mm，介质板厚度 0.6mm， SRR 与金属线间隔 c=0.25mm，金属线长度 f ＝ 2mm，宽度 w1=0.4mm， SRR 结构线宽 w2=0.1mm，缝隙 w3=0.3mm， SRR 外环尺寸 d1=1.6mm，内环尺寸 d2=1.2mm，周期尺寸 e=2mm。介质板采用罗杰斯公司 RT/duriod 5880 系列板材，介电常数 εr=2.2，介电损耗角正切 tanδ=0.0009。图 3 所示为该双频负折射率媒质在外加直流磁场为 2kOe 时的双频传输特性，由图可知，该双频负折射率媒质分别在 8.4GHz 和 15.3GHz 处出现了两个 3dB 带宽分别为 2.8GHz 和 4.6GHz 的工作带宽。图 4 为反演算法提取出的等效阻抗和等效折射率特性，由图可知，在两个传输通带内的阻抗匹配特性较好，并均为负折射率特性，证明了本发明的有效性。图 5 为在不同外加直流磁场强度下的双频负折射率媒质的传输曲线频移特性，由图可知，随着外加直流磁场的变化，该双频负折射率媒质可智能调谐。
     实施例二
     图 6 为基于亚铁磁体的 Ω 状结构双频负折射率媒质示意图，其尺寸设置为： Ω状结构金属线的厚度 0.017mm，亚铁磁体厚度 a=0.7mm，介质板厚度 0.6mm，两旋转对称 Ω 状结构间隔 c=0.25mm， Ω 状结构线宽 w1=0.4mm，开口缝隙 w2=0.2mm，外半径 r ＝ 1.6mm， z 方向周期间隔 f ＝ 3mm， x 方向周期间隔 e=3mm， y 方向周期间隔 e=2mm。介质板采用罗杰斯公司 RT/duriod 6010 系列板材，介电常数 εr=10.2，介电损耗角正切 tanδ=0.0023。图 7 所示为该双频负折射率媒质在外加直流磁场为 2kOe 时的双频传输特性，由图可知，该双频负折射率媒质分别在 7GHz 和 13.9GHz 处出现了两个 3dB 带宽分别为 2.4GHz 和 2.2GHz 的工作带宽。图 8 为反演算法提取出的等效阻抗和等效折射率特性，由图可知，在两个传输通带内的阻抗匹配特性较好，并均为负折射率特性，证明了本发明的有效性。图 9 为在不同外加直流磁场强度下的双频负折射率媒质的传输曲线频移特性，由图可知，随着外加直流磁场的变化，该双频负折射率媒质可智能调谐。
     实施例三图 10 为基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构的双频负折射率媒质示意图，其尺寸设置为：截断金属短线和金属线厚度 0.017mm，线宽 w1=0.2mm，截断金属短线长度 d=3.4mm，截断金属短线与金属线间间隔 w2=0.4mm，沿 x 方向放置的两块亚铁磁体厚度 w3=0.6mm，长度 a=2.4mm，沿 y 方向放置的两块亚铁磁厚度 0.3mm，长度 c=2mm，空气隔层为 0.275mm，介质板厚度 0.25mm， z 方向周期间隔 e=4mm， x 方向周期间隔 b=3mm， y 方向周期间隔 c=2mm。介质板采用罗杰斯公司 RT/duriod 6010 系列板材，介电常数 εr=10.2，损耗角正切 tanδ=0.0023。图 11 所示为该双频负折射率媒质在外加直流磁场为 2kOe 时的双频传输特性，由图可知，该双频负折射率媒质分别在 7.9GHz 和 16.5GHz 处出现了两个 3dB 带宽分别为 1.6GHz 和 2.4GHz 的工作带宽。图 12 为反演算法提取出的等效阻抗和等效折射率特性，由图可知，在两个传输通带内的阻抗匹配特性较好，并均为负折射率特性，证明了本发明的有效性。图 13 为在不同外加直流磁场强度下的双频负折射率媒质的传输曲线频移特性，由图可知，随着外加直流磁场的变化，该双频负折射率媒质可智能调谐。
     由三个实施例可知，本发明所提出的三种基于亚铁磁体的双频可调谐负折射率媒质具有智能可调谐的双频负折射率传输特性，基于亚铁磁体的双频负折射率媒质具有普适性，可用于设计其他结构的双频、三频以及多频负折射率媒质。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 102769205 A (43)申请公布日 2012.11.07 C N 1 0 2 7 6 9 2 0 5 A *CN102769205A* (21)申请号 201210257971.5 (22)申请日 2012.07.24 H01Q 15/00(2006.01) H01Q 15/02(2006.01) (71)申请人电子科技大学地址 214135 江苏省无锡市无锡新区太科园中国传感网大学科技园立业楼A区402 室申请人无锡成电科大科技发展有限公司 (72)发明人文光俊黄勇军王黄腾龙钟靖平 (74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司 11332 代理人。

2、杨晞 (54) 发明名称一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法 (57) 摘要本发明涉及一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法，属于微波电磁材料技术领域。所述媒质可分别由刻蚀有SRR和金属线结构、状结构、截断金属短线和金属线的介质板与亚铁磁体层叠构成。本发明所构造的双频负折射率媒质具有智能可调谐特性，可用于可调谐双频带通/带阻滤波器、可调谐双频电磁隐形材料和吸波材料等领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页说明书5页附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 5 页附图 7 页 1/1。

3、页 2 1.一种可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，所述媒质由刻蚀有谐振单元阵列的介质板与亚铁磁体层叠构成。 2.如权利要求1所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，所述谐振单元阵列为 SRR和金属线结构、状结构、截断金属短线和金属线结构中的任一种；优选地，所述介质板的介电损耗角正切值小于0.02 3.如权利要求1或2所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，由刻蚀在介质板上的SRR结构、状结构或截断金属短线结构实现一个频段的单负磁导率；由亚铁磁体在外加直流磁场控制下实现另一个频段负磁导率；由刻蚀在介质板上的金属线实现宽频的单负介电常数，其工作频段覆盖两个负磁导率频段，从而实现双频。

4、的负折射率特性；通过改变外加直流磁场强度，同时智能控制两个负折射率频段。 4.如权利要求1-3任一项所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，在基于亚铁磁体的SRR和金属线结构可调谐双频负折射率媒质中，构成SRR结构的金属厚度 0.017mm0.035mm，线宽0.1mm0.2mm；SRR结构外环尺寸1.6mm2mm，内环尺寸 0.8mm1.2mm；金属线厚度0.017mm0.035mm，线宽0.2mm0.5mm；SRR结构与金属线间距0.2mm0.4mm；介质板厚度0.5mm1mm，亚铁磁体厚度0.5mm1mm，周期尺寸2mm 3mm。 5.如权利要求1-4任一项所述的可调谐双频负折射。

5、率媒质，其特征在于，在基于亚铁磁体的状结构可调谐双频负折射率媒质中，两个状结构旋转对称，构成状结构的金属厚度0.017mm0.035mm，线宽0.3mm0.5mm；两个旋转对称状结构间距0.2mm 0.4mm；介质板厚度0.5mm1mm，亚铁磁体厚度0.5mm1mm，周期尺寸2mm3mm。 6.如权利要求1-5任一项所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，在基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质中，截断金属短线和金属线厚度0.017mm0.035mm，线宽0.1mm0.2mm；截断金属短线长度3mm3.8mm，截断金属短线与金属线间隔0.3mm0.5mm，介质。

6、板厚度0.25mm0.5mm，亚铁磁体厚度0.3mm 0.6mm，周期尺寸2mm5mm。 7.如权利要求1-6任一项所述的可调谐双频负折射率媒质，其特征在于，所述亚铁磁体基片厚度为0.3mm1mm。 8.如权利要求1-7任一项所述的可调谐双频负折射率媒质的用途，其特征在于，所述的可调谐双频负折射率媒质具有智能可调谐特性，可用于可调谐双频带通/带阻滤波器、可调谐双频电磁隐形材料和吸波材料领域。 9.如权利要求1-7任一项所述的可调谐双频负折射率媒质的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）制备亚铁磁体基片；（2）采用电路板刻蚀技术，在介质板上刻蚀出谐振单元阵列；（3）由步。

7、骤（1）获得的亚铁磁体基片与步骤（2）获得的刻蚀有相应谐振单元阵列的印制电路板层叠放置并粘在一起，得到基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质。 10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述亚铁磁体基片厚度为0.3mm1mm；优选地，所述介质板的介电损耗角正切值小于0.02。权利要求书CN 102769205 A 1/5页 3 一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法技术领域 0001 本发明涉及微波电磁材料领域，具体地，本发明涉及一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质及制备方法。背景技术 0002 2000年，D.R.Smith等人基于J.B.Pendry提出的。

8、构造单负介电常数材料、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媒质，实现了1976年前苏联科学家V.G.Veselago所预言的理想负折射率媒质。负折射率媒质已成为当今物理学、材料学、电磁学、光学等领域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。 0003 通常实现负折射率媒质的方法均是由单负介电常数材料和单负磁导率材料分别合成。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，而要实现宽频的单负磁导率材料成为制约负折射率媒质的关键性技术问题。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。

9、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。 0004 CN 1835277A公开了一种负折射率微波媒质材料及其制备方法，属于微波材料技术领域。材料由单负磁导率的绝缘型铁磁材料或绝缘型亚铁磁材料和金属导线组成，所述金属导线均匀嵌入单负磁导率的绝缘型铁磁材料或绝缘型亚铁磁材料中。针对金属导线阵列而言，该发明提供了三种负折射率材料：一维晶格型、二维晶格型和三维晶格型。制备方法是将宽带单负磁导率的绝缘型铁磁材料或绝缘型亚铁磁材料和宽带单负介电常数的金属导线阵列结构，二者相互重叠，构成所述负折射率媒质。但该负折射率微波媒质材料只能实现单频段的负折射率。 0。

10、005 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媒质，而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。 0006 本发明基于亚铁磁体在外加直流磁场条件下表现出的负磁导率特性和智能可调谐特性，以及可实现负磁导率特性的谐振单元阵列（SRR结构、状结构、截断金属短线结构），提出一种智能可调谐的双频负折射率媒质及其制备方法。发明内容 0007 针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质。所述基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质由刻蚀有谐振单元阵列的介。

11、质板与亚铁磁体层叠构成。 0008 优选地，所述谐振单元阵列为SRR和金属线结构、状结构、截断金属短线和金属线结构中的任一种。 0009 优选地，所述介质板的介电损耗角正切值小于0.02。说明书CN 102769205 A 2/5页 4 0010 具体实现方法是由刻蚀在介质板上的SRR、状结构或截断金属短线结构实现一个频段的单负磁导率；由亚铁磁体在外加直流磁场控制下实现另一个频段负磁导率；由刻蚀在介质板上的金属线实现宽频的单负介电常数，其工作频段覆盖两个负磁导率频段，从而实现双频的负折射率特性；通过改变外加直流磁场强度，同时智能控制两个负折射率频段。 0011 本发明所提出的具。

12、有三种谐振单元阵列的基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质的示意图如图2、图6、图10所示。 0012 （1）基于亚铁磁体的SRR和金属线结构可调谐双频负折射率媒质 0013 其中，构成SRR结构的金属厚度0.017mm0.035mm，线宽0.1mm0.2mm；SRR结构外环尺寸1.6mm2mm，内环尺寸0.8mm1.2mm；金属线厚度0.017mm0.035mm，线宽 0.2mm0.5mm；SRR结构与金属线间距0.2mm0.4mm；介质板厚度0.5mm1mm，亚铁磁体厚度0.5mm1mm，周期尺寸2mm3mm。 0014 （2）基于亚铁磁体的状结构可调谐双频负折射率媒质 0015 其中。

13、，两个状结构旋转对称，构成状结构的金属厚度0.017mm0.035mm，线宽0.3mm0.5mm；两个旋转对称状结构间距0.2mm0.4mm；介质板厚度0.5mm 1mm，亚铁磁体厚度0.5mm1mm，周期尺寸2mm3mm。 0016 （3）基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质 0017 其中，截断金属短线和金属线厚度0.017mm0.035mm，线宽0.1mm0.2mm；截断金属短线长度3mm3.8mm，截断金属短线与金属线间隔0.3mm0.5mm，介质板厚度 0.25mm0.5mm，亚铁磁体厚度0.3mm0.6mm，周期尺寸2mm5mm。 0018 优选地，所述。

14、亚铁磁体基片厚度为0.3mm1mm。 0019 本发明的目的之一还在于提供所述的可调谐双频负折射率媒质的用途。所述的可调谐双频负折射率媒质具有智能可调谐特性，可用于可调谐双频带通/带阻滤波器、可调谐双频电磁隐形材料和吸波材料领域。 0020 本发明的目的之一还在于提供所述基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质的制备方法，所述方法包括以下步骤： 0021 （1）制备亚铁磁体基片； 0022 （2）采用电路板刻蚀技术，在介质板上刻蚀出谐振单元阵列； 0023 （3）由步骤（1）获得的亚铁磁体基片与步骤（2）获得的刻蚀有相应谐振单元阵列的印制电路板层叠放置并粘在一起，得到基于亚铁磁体的可调谐双。

15、频负折射率媒质。 0024 优选地，所述亚铁磁体基片厚度为0.3mm1mm。 0025 优选地，所述介质板的介电损耗角正切值小于0.02。 0026 采用磁场强度可调的磁场发生器以产生2kOe3kOe的直流磁场，作用于本发明所述的基于亚铁磁体的可调谐双频负折射率媒质，可智能控制两个负折射率工作频段。附图说明 0027 图1是不同外加磁场下亚铁磁体等效磁导率随频率的变化曲线图，其中内插图为外加直流磁场作用于亚铁磁体的方向示意图； 0028 图2是基于亚铁磁体的SRR和金属线结构双频负折射率媒质单元图；说明书CN 102769205 A 3/5页 5 0029 图3是基于亚铁磁体的SR。

16、R和金属线结构双频负折射率媒质的S-参数随频率变化曲线图； 0030 图4中：（a）基于亚铁磁体的SRR和金属线结构双频负折射率媒质等效阻抗；（b）基于亚铁磁体的SRR和金属线结构双频负折射率媒质等效折射率特性； 0031 图5是基于亚铁磁体的SRR和金属线结构双频负折射率媒质的传输系数随外加直流磁场变化的频移特性； 0032 图6是基于亚铁磁体的状结构双频负折射率媒质单元图； 0033 图7是基于亚铁磁体的状结构双频负折射率媒质S-参数随频率变化曲线图； 0034 图8中：（a）基于亚铁磁体的状结构双频负折射率媒质等效阻抗；（b）基于亚铁磁体的状结构双频负折射率媒质等效折射率特性；。

17、0035 图9是基于亚铁磁体的状结构双频负折射率媒质的传输系数随外加直流磁场变化的频移特性； 0036 图10是基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质单元图； 0037 图11是基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质 S-参数随频率变化曲线图； 0038 图12中：（a）基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质等效阻抗；（b）基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质等效折射率特性； 0039 图13是基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构可调谐双频负折射率媒质传输系数随外加直流磁场变化的频移特性。 0。

18、040 附图标记：1铁氧体；2介质。具体实施方式 0041 首先，采用电路板刻蚀技术，在介电损耗较小的介质板上分别刻蚀出SRR和金属线、状结构、截断金属短线和金属线三种结构；其次，选用Trans-Tech有限公司的商用微波石榴石铁氧体类亚铁磁体基片TT1-3000系列，其具体参数为：饱和磁化强度 4Ms=3000Gs，介电常数 r =12.9，损耗正切角tan=0.0005，铁磁共振线宽H=228Oe，亚铁磁体厚度为0.3mm1mm；最后，将刻蚀有三种谐振单元阵列的印制电路板分别与微波石榴石铁氧体类亚铁磁体基片层叠放置并粘在一起以构成可调谐双频负折射率媒质。采用磁场强度可调的磁场发。

19、生器以产生2kOe3kOe的直流磁场，外加直流磁场沿如图1所示的方向作用于该亚铁磁体。通过改变外加直流磁场强度，智能控制两个负折射率工作频段。 0042 本发明工作机理如下： 0043 如图1所示，当入射电磁波沿y方向入射时，极化方向沿z方向，外加直流磁场沿 z方向作用于亚铁磁体，其等效磁导率为 0044 0045 其中 0 =H 0 为铁磁共振频率、是旋磁比、 m =4Ms是亚铁磁体的特征频说明书CN 102769205 A 4/5页 6 率、H 0 为外加直流磁场偏置，为铁磁旋紧衰减，通常忽略的高阶无穷小量。 0046 利用上述公式以及TT1-3000系列参数计算得出其等效磁导率随。

20、频率变化特性如图1所示。由图可知，亚铁磁体在不同外加磁场下显示出不同频段的谐振特性以及不同频段的负磁导率特性。在外加直流磁场H 0 =2.2kOe时，其等效磁导率在9.5-14GHz的范围内呈现负值，然后在15GHz以后变为正值。因此，利用亚铁磁体与常规单频负折射率煤质相组合的方式（常规负折射率煤质的谐振频率与亚铁磁体的负等效磁导率不同），可以等到两个负折射率工作频段。本发明利用SRR和金属线结构、状结构以及截断金属短线和金属线结构负折射率煤质加载亚铁磁体以实现双频负折射率煤质特性。 0047 此外，如图1所示，当外加磁场在2.2kOe到3kOe变化时，亚铁磁体的谐振频率在 9.5。

21、GHz到12GHz变化。当外加直流磁场增加时，亚铁磁体的谐振频率增加，从而SRR结构、状结构以及截断金属短线的谐振频率增加，因此另外一个负频带也可以通过改变外加磁场来改变。因此，基于亚铁磁体的双频负折射率频带可以简单的通过改变外加磁场来调节。 0048 为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。 0049 实施例一 0050 图2为基于亚铁磁体的SRR和金属线谐振结构的双频负折射率媒质示意图，其尺寸设置为：SRR结构和金属线的厚度0.017mm，亚铁磁体厚度a0.7mm，介质板厚度0.6mm， SRR与金。

22、属线间隔c=0.25mm，金属线长度f2mm，宽度w 1 =0.4mm，SRR结构线宽w 2 =0.1mm，缝隙w 3 =0.3mm，SRR外环尺寸d 1 =1.6mm，内环尺寸d 2 =1.2mm，周期尺寸e=2mm。介质板采用罗杰斯公司RT/duriod 5880系列板材，介电常数 r =2.2，介电损耗角正切tan=0.0009。图 3所示为该双频负折射率媒质在外加直流磁场为2kOe时的双频传输特性，由图可知，该双频负折射率媒质分别在8.4GHz和15.3GHz处出现了两个3dB带宽分别为2.8GHz和4.6GHz 的工作带宽。图4为反演算法提取出的等效阻抗和等效折射率特性，由图可。

23、知，在两个传输通带内的阻抗匹配特性较好，并均为负折射率特性，证明了本发明的有效性。图5为在不同外加直流磁场强度下的双频负折射率媒质的传输曲线频移特性，由图可知，随着外加直流磁场的变化，该双频负折射率媒质可智能调谐。 0051 实施例二 0052 图6为基于亚铁磁体的状结构双频负折射率媒质示意图，其尺寸设置为：状结构金属线的厚度0.017mm，亚铁磁体厚度a=0.7mm，介质板厚度0.6mm，两旋转对称状结构间隔c=0.25mm，状结构线宽w 1 =0.4mm，开口缝隙w 2 =0.2mm，外半径r1.6mm，z方向周期间隔f3mm，x方向周期间隔e=3mm，y方向周期间隔e=2mm。

24、。介质板采用罗杰斯公司 RT/duriod 6010系列板材，介电常数 r =10.2，介电损耗角正切tan=0.0023。图7所示为该双频负折射率媒质在外加直流磁场为2kOe时的双频传输特性，由图可知，该双频负折射率媒质分别在7GHz和13.9GHz处出现了两个3dB带宽分别为2.4GHz和2.2GHz的工作带宽。图8为反演算法提取出的等效阻抗和等效折射率特性，由图可知，在两个传输通带内的阻抗匹配特性较好，并均为负折射率特性，证明了本发明的有效性。图9为在不同外加直流磁场强度下的双频负折射率媒质的传输曲线频移特性，由图可知，随着外加直流磁场的变化，该双频负折射率媒质可智能调谐。。

25、0053 实施例三说明书CN 102769205 A 5/5页 7 0054 图10为基于亚铁磁体的截断金属短线和金属线结构的双频负折射率媒质示意图，其尺寸设置为：截断金属短线和金属线厚度0.017mm，线宽w 1 =0.2mm，截断金属短线长度d=3.4mm，截断金属短线与金属线间间隔w 2 =0.4mm，沿x方向放置的两块亚铁磁体厚度 w 3 =0.6mm，长度a=2.4mm，沿y方向放置的两块亚铁磁厚度0.3mm，长度c=2mm，空气隔层为 0.275mm，介质板厚度0.25mm，z方向周期间隔e=4mm，x方向周期间隔b=3mm，y方向周期间隔c=2mm。介质板采用罗杰斯公。

26、司RT/duriod 6010系列板材，介电常数 r =10.2，损耗角正切tan=0.0023。图11所示为该双频负折射率媒质在外加直流磁场为2kOe时的双频传输特性，由图可知，该双频负折射率媒质分别在7.9GHz和16.5GHz处出现了两个3dB带宽分别为1.6GHz和2.4GHz的工作带宽。图12为反演算法提取出的等效阻抗和等效折射率特性，由图可知，在两个传输通带内的阻抗匹配特性较好，并均为负折射率特性，证明了本发明的有效性。图13为在不同外加直流磁场强度下的双频负折射率媒质的传输曲线频移特性，由图可知，随着外加直流磁场的变化，该双频负折射率媒质可智能调谐。 0055 由三个。

27、实施例可知，本发明所提出的三种基于亚铁磁体的双频可调谐负折射率媒质具有智能可调谐的双频负折射率传输特性，基于亚铁磁体的双频负折射率媒质具有普适性，可用于设计其他结构的双频、三频以及多频负折射率媒质。 0056 申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。说明书CN 102769205 A 1/7页 8 图1 图2 说明书附图CN 102769205 A 2/7页 9 图3 图4 说明书附图CN 102769205 A 3/7页 10 图5 图6 说明书附图CN 102769205 A 10 4/7页 11 图7 图8 说明书附图CN 102769205 A 11 5/7页 12 图9 图10 说明书附图CN 102769205 A 12 6/7页 13 图11 图12 说明书附图CN 102769205 A 13 7/7页 14 图13 说明书附图CN 102769205 A 14 。

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