CN104409866A - 一种磁信号增强器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁信号增强器件，包括外壳和设置在外壳内的超材料；所述超材料包括基板及固定在基板上的人造微结构层，所述人造微结构层包括周期性阵列排布的多个人造微结构；所述人造微结构包括四个相同的人造微结构单元，所述任一人造微结构单元绕同一旋转轴旋转90°、180°、270°后分别与其它三个人造微结构单元重合；所述人造微结构单元包括开口环和自所述开口环的两端端点分别向环内蛇形弯曲延伸的两根弯曲线，所述两弯曲线互不相交且不与所述开口环相交。采用本发明实施例，不同方向接收的电磁信号具有相同或相似的特性，进而增强了接收天线的磁信号。
Description
技术领域
本发明涉及电磁技术领域，尤其涉及一种磁信号增强器件。
背景技术
核磁共振(MRI，Magnetic Resonance Imaging)成像系统的原理是利用线圈去检测原子核自旋吸收和发射的无线电波脉冲能量，该线圈作为接收线圈，在有些时候还同时作为发射线圈。在无线电波脉冲能量的帮助下，核磁共振成像扫描仪可以定位患者体内一个非常小的点，然后确定这是何种类型的组织。核磁共振成像机器采用特定于氢原子的无线电频率脉冲。系统引导脉冲对准所要检查的身体区域，并导致该区域的质子吸收使它们以不同方向旋转或旋进所需的能量。这是核磁共振成像装置的“共振”部分。无线电频率脉冲迫使它们每一百万质子中多余的一对或者两对不匹配的质子在特定频率下按照特定方向旋转。引发共振的特定频率被称为拉摩尔频率，该值是根据要成像的特定组织以及主磁场的磁场强度计算得出的。无线电频率脉冲通常利用一个线圈来提供，该线圈称为发射线圈。现有核磁共振成像设备的接收线圈必须相当近地接近待测部位，以获取由待测部位释放出来的磁信号。MRI成像设备的清晰度与主磁场强度呈正相关，主磁场磁铁系统是MRI成像设备的主要部分，为了提升MRI成像系统的成像质量，一般需要更换整台MRI成像设备，造价十分高昂。
超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料。目前，现有的金属人造微结构的几何形状为“工”字形或者的类似“凹”字形的开口环形，但这结构都不能实现磁导率μ明显小于0或使超材料谐振频率降低，也不能实现各向同性，只有通过设计具有特殊几何图形的金属人造微结构，才能使得该人工电磁材料在特定频段内达到磁导率μ值小于0，并具有较低的谐振频率。
目前，国际社会对磁导率方面已有大量的研究，其中对于正磁导率的研究已经趋于成熟，对于负磁导率超材料的研究是现在国内外研究的热点，负磁导率具有量子极化作用，可以对入射波产生极化作用，因此作用范围很大，如在医学成像领域中的磁共振成像技术，负磁导率材料能够加强电磁波的成像效果，另外负磁导率材料在透镜研究方面亦有重要作用，在工程领域，磁导率通常都是指相对磁导率，为物质的绝对磁导率μ与磁性常数μ0的比值，μr＝μ/μ0，无量纲值。通常“相对”二字及符号下标r都被省去。磁导率是表示物质受到磁化场H作用时，内部的真磁场相对于H的增加(μ＞1)或减少(μ＜1)的程度。至今发现的自然界已存在的材料中，μ一般是大于0的。
发明内容
本发明实施例提供一种磁信号增强器件，采用具有周期性阵列排布的多个人造微结构的超材料，不同方向接收的电磁信号具有相同或相似的特性，进而增强了接收天线的磁信号。
本发明实施例提供一种磁信号增强器件，其特征在于，包括：外壳和设置在外壳内的超材料；
所述超材料包括基板及固定在基板上的人造微结构层，所述人造微结构层包括周期性阵列排布的多个人造微结构；
所述人造微结构包括四个相同的人造微结构单元，所述任一人造微结构单元绕同一旋转轴旋转90°、180°、270°后分别与其它三个人造微结构单元重合；
所述人造微结构单元包括开口环和自所述开口环的两端端点分别向环内蛇形弯曲延伸的两根弯曲线，所述两弯曲线互不相交且不与所述开口环相交。
进一步的，所述超材料包括两层所述基板和三层所述人造微结构层，两层所述基板和三层所述人造微结构层相间层叠。
再进一步的，所述人造微结构单元的位置一一对应；所述人造微结构单元开口方向为，两外层人造微结构单元的开口方向相同，中间层人造微结构单元与外层人造微结构单元的开口方向相反。
更进一步的，所述基板为FR-4有机高分子基板或陶瓷基板。
又进一步的，所述基板的厚度为0.10-0.30mm。
本发明实施例提供的一种磁信号增强器件，利用负磁导率超材料的磁导率为负这一特性以及四个旋转重合阵列结构，不同方向的电磁信号具有相似的特性，增强了接收天线的磁信号，进而提高了系统图像的质量。
附图说明
图1为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的超材料的结构示意图；
图3为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的人造微结构层的示意图；
图4为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的人造微结构的示意图；
图5为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的人造微结构单元的示意图；
图6为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的仿真效果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-5，对本发明提供的磁信号增强器件的实施例的结构进行详细说明。
参见图1，为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的结构示意图。
所述磁信号增强器件包括外壳12和设置在外壳内的超材料10；外壳12起支撑、保护内层负磁导率超材料10的作用，在测量一些特殊部位，如腿部、颈部时，可对外壳12进行共形设计，便于用户根据具体需要使用。若外壳12内部有两层以上负磁导率超材料10，可将其同轴平行固定。
参见图2，为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的超材料的结构示意图；
所述超材料10包括基板d、基板e、人造微结构层a、人造微结构层b和人造微结构层c，人造微结构层a、人造微结构层b和人造微结构层c分别固定在对应的基板上。基板d、基板e和人造微结构层a、人造微结构层b、人造微结构层c相间层叠。
在具体实施当中，基板d、e为FR-4有机高分子基板或陶瓷基板，基板d、e的厚度为0.10-0.30mm。
参见图3，为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的人造微结构层的示意图；
所述人造微结构层a、b、c分别包括周期性阵列排布的多个人造微结构2，所述多个人造微结构2固定在基板d和基板e的表面上，形成人造微结构层a、人造微结构层b和人造微结构层c。
所述周期性阵列排布，即以x方向为行、以垂直于x方向的y方向为列地排列，且各行间距、各列间距分别相等，行间距等于列间距均可。
优选的，行间距、列间距不大于所要响应的入射电磁波的波长的四分之一，即例如工作环境是波长为λ的电磁波，需要超材料对此电磁波的电磁特性是呈现负磁导率，则设计人造微结构时将上述行间距、列间距选择不大于四分之一波长。
参见图4，为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的人造微结构的示意图；
所述人造微结构包括四个相同的人造微结构单元，所述任一人造微结构单元绕同一旋转轴旋转90°、180°、270°后分别与其它三个人造微结构单元重合；四个人造微结构单元呈环形等间距阵列排布在基板d、e表面。
参见图5，为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的人造微结构单元示意图；
所述人造微结构单元包括开口环和自所述开口环的两端端点分别向环内蛇形弯曲延伸的两根弯曲线，所述两弯曲线互不相交且不与所述开口环相交。
1为人造微结构单元的开口处，其开口方向向上。
所述人造微结构单元的位置一一对应；人造微结构层a和人造微结构层c的人造微结构单元的开口方向相同，人造微结构层b的人造微结构单元与人造微结构层a和人造微结构层c的人造微结构单元的开口方向相反。
在具体实施当中，所述金属线材质可为铜线、银线或金线。
参见图6，为本发明提供的磁信号增强器件的实施例的仿真效果示意图；
仿真参数为：金属线选择铜线，铜线线宽0.1mm，铜线线厚度0.018mm，基板为FR-4环氧树脂基板，厚度0.018mm，人造微结构尺寸30mm×30mm。由仿真结果可知，本发明负磁导率超材料实现磁导率为-1的谐振频率在10MHz以下，与现有技术相比，大大降低了负磁导率超材料的谐振频率。
本发明实施例提供的一种磁信号增强器件，采用具有周期性阵列排布的多个人造微结构的超材料，所述人造微结构包括四个相同的人造微结构单元，所述人造微结构单元为一根矩形螺旋金属折线，所述折线为自一点向外等间距螺旋而成。该磁信号增强装置置于MRI设备接收线圈与用户之间，磁信号增强器件中的超材料与MRI设备接收线圈产生响应，增强接收线圈的磁信号，进而增强MRI系统的成像质量。利用负磁导率超材料的磁导率为负这一特性以及四个旋转重合阵列结构，不同方向的电磁信号具有相似的特性，增强了接收天线的磁信号，进而提高了系统图像的质量。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种磁信号增强器件，其特征在于，包括：外壳和设置在外壳内的超材料；
所述超材料包括基板及固定在基板上的人造微结构层，所述人造微结构层包括周期性阵列排布的多个人造微结构；
所述人造微结构包括四个相同的人造微结构单元，任一所述人造微结构单元绕同一旋转轴旋转90°、180°、270°后分别与其它三个人造微结构单元重合；
所述人造微结构单元包括开口环和自所述开口环的两端端点分别向环内蛇形弯曲延伸的两根弯曲线，所述两弯曲线互不相交且不与所述开口环相交。
2.如权利要求1所述的磁信号增强器件，其特征在于：所述超材料包括两层所述基板和三层所述人造微结构层，两层所述基板和三层所述人造微结构层相间层叠。
3.如权利要求1所述的磁信号增强器件，其特征在于：所述人造微结构单元的位置一一对应；所述人造微结构单元开口方向为，两外层人造微结构单元的开口方向相同，中间层人造微结构单元与外层人造微结构单元的开口方向相反。
4.如权利要求1所述的磁信号增强器件，其特征在于：所述基板为FR-4有机高分子基板或陶瓷基板。
5.如权利要求1所述的磁信号增强器件，其特征在于：所述基板的厚度为0.10-0.30mm。
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| CN107069160A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-08-18 | 东莞同济大学研究院 | 一种具有吸波功能的微波波段带通滤波器 |
| CN111430936A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-07-17 | 山西大学 | 一种基于超表面的5g mimo多波束天线 |
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