本申请要求于 2011年 6月 29日提交中国专利局、申请号为 201110179791.5 , 发明名称为 "一种具有高负磁导率的超材料" 的中国专利申请的优先权， 其全 部内容通过引用结合在本申请中。 技术领域

本发明涉及一种人工电磁材料， 特别是涉及一种人造微结构及其应用的人 工电磁材料。 背景技术

磁导率是表征磁介质磁性的物理量， 常用符号 μ表示， μ等于磁介质中磁感 应强度 Β与磁场强度 Η之比， 一般的基板上面附着一块金属薄片的结构得到 的 磁导率不能满足我们的要求。

人工电磁材料 ( metamaterial )是一种具有天然材料所不具备的超常物理性 质的人工复合结构材料， 通过对微结构的有序排列， 改变了空间中每点的相对 介电常数和磁导率。 人工电磁材料可以在一定范围内实现普通材料 无法具备的 介电常数和磁导率， 从而可以有效控制电磁波的传播特性。

人工电磁材料包括由金属线构成的具有一定图 案形状的人造微结构和人造 微结构所附着的基板， 多个人造微结构在基板上阵列排布， 基板对人造微结构 起到支撑作用， 可为任何与人造微结构不同的材料。 这两种材料的叠加会在空 间中产生一个等效介电常数与磁导率， 这两个物理参数分别对应了材料整体的 电场响应与磁场响应。 人工电磁材料对电磁响应的特征是由人造 ί结构的特征 所决定， 而人造微结构的电磁响应很大程度上取决于其 金属线的图案所具有的 拓朴特征和尺寸。 人造微结构的尺寸取决于人工电磁材料所要响 应的电磁波频 率， 通常为所要响应的电磁波波长的十分之一或者 小于十分之一， 否则空间中 由人造微结构所组成的排列不能被视为连续。

目前人工电磁材料生产工艺中通常采用如图 1 所示开口 "凹" 形环的人造 微结构， 包含开口 "凹" 形环人造微结构的人工电磁材料如图 2所示， 图 2所 示人工电磁材料的磁导率随频率变化的规律如 图 3 所示， 当正常工作频率为 5.2GHz时， 其磁导率为有 -5左右。 由于磁导率的绝对值较小， 因此所能起到的 负磁导率效果并不明显， 且此时根据图 3 的虚线可知人工电磁材料对电磁波的 损耗很大， 并不适合应用。 发明内容

本发明提供一种人造微结构， 所述人造微结构包括一开口 "凹" 形环结构 和嵌套在开口 "凹" 形环内的 "山" 形结构， 所述 "山" 形结构的中间线从开 口 "凹" 形环的开口处伸出。

其中， 所述开口 "凹" 形环结构包括 字形金属丝、 分别自所述 字形金属丝两端水平向中间延伸的两根不相接 的横线， 及自所述两根横线末端 竖直向环内延伸且与 字形金属丝底部存在间隙的两根相平行的竖线 。

所述人造微结构采用金属线制成。

所述人造微结构采用铜线制成。

所述人造微结构采用银线制成。

制成所述人造微结构的金属线的剖面为圓柱状 。

制成所述人造微结构的金属线的剖面为橢圓形 。

相应地， 本发明实施例还提供了一种人工电磁材料， 其包括至少一个基板 和附着在所述基板上的上述的人造微结构。

其中， 所述人造微结构通过蚀刻附着在基板上。

所述人造微结构通过电镀方式附着在基板上。

所述人造微结构通过钻刻方式附着在基板上。

所述人造微结构通过光刻方式附着在基板上。

所述人造微结构通过电子刻方式附着在基板上 。

所述基板划分为多个阵列排布的相同的长方体 基板单元， 每个基板单元上 附着有一个所述人造微结构。

所述基板单元的边长为入射电磁波波长的五分 之一到十分之一之间。

所述基板为陶瓷材料制成。

所述基板选自聚四氟乙烯、 铁电材料、 铁氧材料及铁磁材料中的一种。 所述人工电磁材料包括叠加的多块基板， 每块基板上均附着有多个人造微 结构。

所述多块基板之间填充可连接二者的液态基板 原料。 所述多块基板均勾等厚。

实施本发明具有以下有益效果： 本发明通过改变人造微结构的拓朴结构， 在现有开口 "凹" 形环内嵌套 "山" 形结构提高了负磁导率， 如图 6所示的仿 真结果可知， 在正常工作频率为 3.8GHz时， 人工电磁材料的负磁导率可以达到 -10, 并且损耗几乎为零， 因此在相同外界条件和晶格尺寸相同的情况下 ， 本发 明不仅降低了频率， 而且提高了负磁导率。 这种高负磁导率的人工电磁材料可 以应用在天线制造以及医疗设备制造， 透镜等领域， 对微波器件的小型化产生 也会产生不可估量的作用。 附图说明 例或现有技术描述中所需要使用的附图作筒单 地介绍， 显而易见地， 下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付 出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1是现有技术中开口 "凹" 形环人造微结构的示意图；

图 2是现有技术中包含开口 "凹" 形环人造微结构的人工电磁材料的示意 图；

图 3是图 2所示人工电磁材料的磁导率随频率变化的仿� �图；

图 4为本发明提供的人工电磁材料的示意图；

图 5为图 4的人工电磁材料的人造微结构的示意图；

图 6是图 4所示的人工电磁材料的磁导率随频率变化的� �真图。 具体实施方式

本发明提供一种新型的人工电磁材料， 相对于现有的人工电磁材料， 通过 改变其中人造微结构的拓朴形状提高了人工电 磁材料的负磁导率。

请一并参阅图 4及图 5 , 人工电磁材料包括至少一块均匀等厚的基板 1 , 若 有多块基板 1则基板 1沿垂直于基板平面的方向（z轴方向 )依次堆叠， 并通过 组装或者在每两块基板 1 之间填充可连接二者的物质例如液态基板原料 ， 其在 固化后将已有的两基板 1粘合， 从而使多块基板 1构成一个整体。

将每块基板 1虚拟地划分成多个完全相同的相互紧挨着的� �方体基板单元， 这些基板单元以 x轴方向为行、 以与之垂直的 y轴方向为列依次阵列排布。 基 板单元的边长通常为入射电磁波波长的五分之 一到十分之一之间。 每个基板单 元上附着有一个人造微结构 2,基板单元和基板单元上的人造微结构 2共同构成 一个材料单元 3 , 如图 5所示， 本发明的人工电磁材料可看作是由多个材料单 元 3沿 x、 y、 z三个方向阵列排布而成。

人造微结构 2通常为金属线例如铜线或者银线构成的具有� �定几何图形的 平面或立体结构， 其中， 金属线可以是剖面为圓柱状或者扁平状的铜线 、 银线 等， 金属线的剖面也可以为其他形状。 如图 4所示， 在本实施例中， 人造微结 构 2包括开口 "凹"形环结构 4, 以及嵌套在开口 "凹"形环结构 4内部的 "山" 形结构 5 , 其中 "山" 形结构 5的中间线 6从开口 "凹" 形环 4的开口处伸出。 人造微结构 1可以通过蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或者离子刻等方式附 着在基板上， 基板可以为陶瓷材料、 聚四氟乙烯等高分子材料、 铁电材料、 铁 氧材料或者铁磁材料。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已 ， 当然不能以此来限定本发 明之权利范围， 因此依本发明权利要求所作的等同变化， 仍属本发明所涵盖的 范围。