CN106973561B - 磁场屏蔽超材料 - Google Patents

磁场屏蔽超材料 Download PDF

Info

Publication number
CN106973561B
CN106973561B CN201610024051.7A CN201610024051A CN106973561B CN 106973561 B CN106973561 B CN 106973561B CN 201610024051 A CN201610024051 A CN 201610024051A CN 106973561 B CN106973561 B CN 106973561B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal wire
annular metal
fractal structure
magnetic field
annular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610024051.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106973561A (zh
Inventor
杨河林
杨乐群
鲁军良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Bihai Yuntian Technology Co ltd
Original Assignee
Wuhan Bihai Yuntian Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Bihai Yuntian Technology Co ltd filed Critical Wuhan Bihai Yuntian Technology Co ltd
Priority to CN201610024051.7A priority Critical patent/CN106973561B/zh
Publication of CN106973561A publication Critical patent/CN106973561A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106973561B publication Critical patent/CN106973561B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073Shielding materials
    • H05K9/0081Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本发明提供一种可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域,具有磁导率近零的,且具有对低频磁场屏蔽功能的磁场屏蔽超材料,它包括基底材料;在所述基底材料的上下两个表面的至少一个表面上设有分形结构层;所述分形结构层包括为分形结构的金属线或为环形的金属线;或者所述分形结构层包括为分形结构的金属线和至少一个为环形的金属线;通过本发明的磁场屏蔽超材料在使用中具有磁导率近零的特性,可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域,且特别适合于对低频磁场的屏蔽作用,从而减小其磁场对周围设备或人员的危害。

Description

磁场屏蔽超材料
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽材料技术领域,尤其涉及一种具有磁导率近零的、可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域的,且特别适合于对低频磁场屏蔽作用的磁场屏蔽超材料。
背景技术
随着无线能量传输(wireless power transfer,WPT)技术逐步得到应用,一系列无线电能的传输系统中的电磁辐射问题必将显现,因此带来的电磁辐射的危害涉及范围越来越广,比如:电动汽车的无线充电过程中大电流引起的强磁场及各种谐波会对环境及人体产生电磁危害,无线穿戴设备、无线充电器件等存在的大电流引起的强磁场及各种谐波会对环境及人体产生的电磁危害等,因此,设计一种先进功能材料来屏蔽磁场及各种谐波的电磁辐射危害,已成为材料科学领域的重要课题。
而磁屏蔽材料通常是指一种能够有效屏蔽入射磁场使其能量不对保护区域产生影响的一类材料;传统的低频磁屏蔽材料多采用铁、硅钢片、不锈钢、坡莫合金等作低频磁屏蔽材料;材料被加工成薄板、薄片或薄带,这不仅会降低材料的磁屏蔽性能,而且使得能耗增大、成本增高、性价比降低、使用不方便。目前,普遍使用的磁屏蔽材料主要采用铁氧体,但它密度大,易碎且价格较高。
在现有技术中也存在着具有某种电磁透明的超材料,诸如中国专利号为:2013107280263所示的“一种电磁场屏蔽罩”,其基本原理是在基体材料上设置有若干个金属软磁层制成的单元格子,且若此多的单元格子粘合在基材上,最终形成电磁场屏蔽罩,实现对电磁场的屏蔽作用,通过该专利可知该专利在实施上具有电磁屏蔽的鲜果,但在实施上难度较大,且在生产中对工艺的要求较多,因此也造成了使用成本高等问题;再诸如中国专利号为:2013101665455所示的“复合式低频磁场屏蔽板”,其结构虽然相对简单,但在使用中因其结构的特殊性在使用中局限性大,同样存在能耗大、成本高、性价比低、使用不方便的缺陷。
因此如果能够设计出一种结构简单、易于实现、屏蔽效果好,且频率可调的,能对低频磁场磁场屏蔽的超材料,将会更加适应当前社会的发展需要,并可在无线电能量传输系统以及电磁防护等领域发挥重大的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,适应现实需要,提供一种可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域,具有磁导率近零的,且同时具有低频磁场吸收和对高频电磁波透明的磁场屏蔽超材料。
为了实现本发明的目的,本发明所采用的技术方案为:
本专利的发明人对科克(Koch)分形结构和希尔伯特(Hilbert)分形结构经过长期的研究,设计了一种磁场屏蔽超材料,包括基底材料;在所述基底材料的上下两个表面的至少一个表面上设有分形结构层;
优选的,所述分形结构层包括至少三种结构,其一是:所述分形结构层包括为分形结构的金属线或为环形的金属线;
其二是:所述的分形结构层包括为分形结构的金属线和为环形的金属线,所述分形结构的金属线位于所述环形的金属线内部,并被所述环形的金属线包围;
其三是:所述的分形结构层包括为分形结构的金属线和至少两个为环形的金属线,此时所述环形的金属线分别为第一环形的金属线、第二环形的金属线、第三环形的金属线…第N环形的金属线,所述N为大于等于2的正整数;所述分形结构的金属线位于所述第一环形的金属线内侧,并被所述第一环形的金属线包围;所述第一环形的金属线位于第二环形的金属线内侧,并被所述第二环形的金属线包围;所述第二环形的金属线位于第三环形的金属线的内侧,并被所述第三环形的金属线包围…所述第N环形的金属线位于第N+1环形的金属线的内侧,并被所述第N+1环形的金属线包围。
优选的,在所述基底材料的上下两个表面上均设有所述分形结构层。
优选的,所述分形结构的金属线的分形结构为希尔伯特分形结构或科克分形结构,且所述分形结构的级数可变。
优选的,当所述环形的金属线为至少两个时,所述各环形的金属线同心设置;且所述相邻两个环形的金属线之间的间距为1.0mm~3.0mm。
优选的,所述相邻两个环形的金属线之间的间距为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm。
优选的,所述环形的金属线的形状为圆环形或正N边形;所述N为大于等于四的正整数;所述环形的金属线为正四边形或正六边形或正八边形或正十二边形的金属线。
优选的,所述分形结构的金属线的最外侧与该分形结构的金属线最近的环形的金属线之间的最短距离为1.0mm~3.0mm。
优选的,所述分形结构的金属线的最外侧与该分形结构的金属线最近的环形的金属线之间的最短距离为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm。
优选的,所述基底材料为由聚四氟乙烯制成的柔性PCB板;所述环形的金属线和分形结构的金属线均由铜制成。
优选的,所述环形的金属线和分形结构的金属线通过刻蚀工艺设置于所述基底材料上。
本发明的有益效果在于:
1.本发明的磁场屏蔽超材料具有磁导率近零的特性,可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域,且特别适合于对低频磁场的屏蔽作用,在应用中减小磁场及电磁辐射对周围设备或人员的危害。
2.本发明的磁屏蔽超材料不完全由金属制作,因此具有重量轻等优点,而本设计的独特的环形结构并与分形结构的结合使其使其具有对低频磁场的屏蔽特性、宽角特性和对磁场方向不敏感特性等优势。
附图说明
图1为本发明的为圆环形的金属线制成的单频磁场屏蔽超材料结构示意图;
图2为本发明的为正方形的金属线制成的单频磁场屏蔽超材料结构示意图;
图3为本发明基于希尔伯特(Hilbert)分形结构制成的频率可调的磁场屏蔽超材料结构之一示意图;
图4为本发明基于希尔伯特(Hilbert)分形结构制成的频率可调的磁场屏蔽超材料结构之二示意图;
图5为本发明基于科克(Koch)分形结构制成的频率可调的磁场屏蔽超材料结构之一示意图;
图6为本发明基于科克(Koch)分形结构制成的频率可调的磁场屏蔽超材料结构之二示意图;
图7为本发明基于希尔伯特(Hilbert)分形结构和正四边形的金属线制成的频率可调的磁场屏蔽超材料结构示意图;
图8为本发明基于科克(Koch)分形结构和正六边形的金属线制成的频率可调的磁场屏蔽超材料结构示意图;
图9为本发明的为双圆环形的双频带磁场屏蔽超材料结构示意图;
图10为本发明的双正四边形的双频带磁场屏蔽超材料结构示意图;
图11为本发明的多频带频率可调的磁场屏蔽超材料结构之一示意图;
图12为本发明的多频带频率可调的磁场屏蔽超材料结构之二示意图;
图13为本发明的多频带频率可调的磁场屏蔽超材料结构之三示意图;
图14为本发明的磁场屏蔽超材料剖面状态主要结构示意图;
图15为本发明中应用的希尔伯特(Hilbert)分形结构具体尺寸示意图;
图16为本发明中应用的科克(Koch)分形结构具体尺寸示意图;
图17为本发明中应用的为双环形的金属线具体尺寸示意图;
图18为本发明中应用的为两个四边形的金属线具体尺寸示意图;
图19为本发明中应用的为两个六边形的金属线具体尺寸示意图;
图中:100.基底材料;200和300均为:分形结构层;201.第一种希尔伯特(Hilbert)分形结构;202.第二种希尔伯特(Hilbert)分形结构;203.第一种科克(Koch)分形结构;204.第二种科克(Koch)分形结构;205.为正四边形的环形的金属线;206.为正六边形的环形的金属线;207.为圆形的环形的金属线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
实施例1:一种磁场屏蔽超材料,可参见图1至图14;它包括基底材料100,该基底材料100为由聚四氟乙烯(FR4)制成的PCB板,且所述的PCB板为柔性PCB板;本设计的关键在于在所述基底材料100的上下两个表面的一个表面上设有分形结构层200,在本实施例中所述的分形结构层200包括设置于基底材料100表面上为分形结构的金属线或为环形的金属线,其结构可参见图1至图6;在本设计中所述的环形的金属线或分形结构的金属线均由铜制成,且所述环形的金属线和分形结构的金属线均通过刻蚀工艺设置于所述基底材料100上;具体的,以上所述的分形结构可为希尔伯特(Hilbert)分形结构或科克(Koch)分形结构,具体的,所述的分形结构可以为图3所示的第一种希尔伯特(Hilbert)分形结构201,也可以为图4所示的第二种希尔伯特(Hilbert)分形结构202;而所述的环形为圆环形或正N边环形,所述N为大于等于四的正整数;在本设计中,所述环形为可以为圆环形或正四边形或正六边形或正八边形或正十二边形。
实施例2,参见图7至图8,与实施例1相同之处不再赘述,不同之处在于,本设计中以上所述的分形结构层200包括为分形结构的金属线和为环形的金属线,所述分形结构的金属线位于所述环形的金属线内部,并被所述环形的金属线包围;同时,以上所述的分形结构的金属线的最外侧与所述环形的金属线之间的最短距离为1.0mm~3.0mm,具体的为所述分形结构的金属线的最外侧与所述环形的金属线之间的最短距离为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm。
实施例3,参见图9至图13,与实施例1或2相同之处不再赘述,不同之处在于,以上所述的分形结构层包括为分形结构的金属线和至少两个为环形的金属线,此时,当所述环形的金属线为至少两个时,所述各环形的金属线同心设置;且所述相邻两个环形的金属线之间的间距为1.0mm~3.0mm;具体的可以是相邻两个环形的金属线之间的间距为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm。
此时,所述环形的金属线分别为第一环形的金属线、第二环形的金属线、第三环形的金属线…第N环形的金属线,所述N为大于等于2的正整数;所述分形结构的金属线位于所述第一环形的金属线内侧,并被所述第一环形的金属线包围;所述第一环形的金属线位于第二环形的金属线内侧,并被所述第二环形的金属线包围;所述第二环形的金属线位于第三环形的金属线的内侧,并被所述第三环形的金属线包围…所述第N环形的金属线位于第N+1环形的金属线的内侧,并被所述第N+1环形的金属线包围。在本实施例中,所述环形的金属线可以为两个,四个或六个等。
进一步的,在本设计中,为了实现本设计的频带的可控性,本发明中,可采用改变分形结构的级数及尺寸大小来实现,也即所述分形结构的金属线的分形结构的级数可变。
实施例4,参见图14,与实施例1—实施例3任一相同之处不再赘述,不同之处在于,本设计在所述基底材料100的上下两个表面上均设有所述的分形结构层200、300,通过此设计可以使基底材料100前后层之间产生磁谐振。
实施例5,与实施例1-实施例4任一相同之处不再赘述,不同之处在于,本实施例采用图15-图19中所示的尺寸予以应用实施;
表1:图15
表2:图16
表3:图17
表4:图18
表5:图19
综上,本发明的磁场屏蔽超材料具有磁导率近零的特性,可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域,且特别适合于对低频磁场的屏蔽作用,在应用中可减小磁场对周围设备或人员的危害;且本发明的磁屏蔽超材料不完全由金属制作,因此具有重量轻等优点,而本设计的独特的环形结构并与分形结构的结合使其使其具有对低频磁场的屏蔽特性、宽角特性和对磁场方向不敏感特性等优势。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例,但并不局限于此,本领域的普通技术人员,极易根据上述实施例,领会本发明的精神,并做出不同的引申和变化,但只要不脱离本发明的精神,都在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种磁场屏蔽超材料,包括基底材料;其特征在于:在所述基底材料的上下两个表面的至少一个表面上设有分形结构层;
所述分形结构层包括为分形结构的金属线和至少两个为环形的金属线,此时所述环形的金属线分别为第一环形的金属线、第二环形的金属线、第三环形的金属线…第N环形的金属线,所述N为大于等于2的正整数;所述分形结构的金属线位于所述第一环形的金属线内侧,并被所述第一环形的金属线包围;所述第一环形的金属线位于第二环形的金属线内侧,并被所述第二环形的金属线包围;所述第二环形的金属线位于第三环形的金属线的内侧,并被所述第三环形的金属线包围…所述第N-1环形的金属线位于第N环形的金属线的内侧,并被所述第N环形的金属线包围;
所述分形结构的金属线的分形结构为希尔伯特分形结构或科克分形结构;
所述环形的金属线的形状为圆环形或正M边形;所述M为大于等于四的正整数。
2.如权利要求1所述的磁场屏蔽超材料,其特征在于:在所述基底材料的上下两个表面上均设有所述分形结构层。
3.如权利要求1或2所述的磁场屏蔽超材料,其特征在于:当所述环形的金属线为至少两个时,所述各环形的金属线同心设置;且相邻两个环形的金属线之间的间距为1.0mm~3.0mm。
4.如权利要求3所述的磁场屏蔽超材料,其特征在于:所述相邻两个环形的金属线之间的间距为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm。
5.如权利要求1或2所述的磁场屏蔽超材料,其特征在于:所述分形结构的金属线的最外侧与该分形结构的金属线最近的环形的金属线之间的最短距离为1.0mm~3.0mm。
6.如权利要求5所述的磁场屏蔽超材料,其特征在于:所述分形结构的金属线的最外侧与该分形结构的金属线最近的环形的金属线之间的最短距离为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm。
7.如权利要求1或2所述的磁场屏蔽超材料,其特征在于:所述基底材料为由聚四氟乙烯制成的柔性PCB板;所述环形的金属线和分形结构的金属线均由铜制成。
8.如权利要求1或2所述的磁场屏蔽超材料,其特征在于:所述环形的金属线和分形结构的金属线通过刻蚀工艺设置于所述基底材料上。
CN201610024051.7A 2016-01-14 2016-01-14 磁场屏蔽超材料 Active CN106973561B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610024051.7A CN106973561B (zh) 2016-01-14 2016-01-14 磁场屏蔽超材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610024051.7A CN106973561B (zh) 2016-01-14 2016-01-14 磁场屏蔽超材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106973561A CN106973561A (zh) 2017-07-21
CN106973561B true CN106973561B (zh) 2024-03-22

Family

ID=59334916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610024051.7A Active CN106973561B (zh) 2016-01-14 2016-01-14 磁场屏蔽超材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106973561B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107634590A (zh) * 2017-11-07 2018-01-26 北京品驰医疗设备有限公司 多层导磁装置及其在无线充/供电中的使用
CN108599391B (zh) * 2018-04-24 2020-11-24 华中科技大学 一种基于近零磁导率超材料的无线输电装置
CN108565984A (zh) * 2018-05-03 2018-09-21 上海交通大学 一种无线电能传输装置
CN110518414B (zh) * 2019-08-19 2024-04-19 佛山市云米电器科技有限公司 一种用于usb3.0信号串扰的屏蔽装置
CN114883810A (zh) * 2022-05-24 2022-08-09 电子科技大学 一种小型化多频段极化不敏感的柔性可延展频率选择表面
CN117425326B (zh) * 2023-12-05 2024-06-14 常州利明屏蔽有限公司 一种电磁屏蔽板

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011159262A1 (en) * 2010-06-15 2011-12-22 The Office Of National Telecommunications Commission Metamaterial based ultra thin microstrip antennas
CN102723608A (zh) * 2012-02-29 2012-10-10 深圳光启创新技术有限公司 一种超材料
CN103094708A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 深圳光启高等理工研究院 吸波超材料
CN103296433A (zh) * 2012-02-29 2013-09-11 深圳光启创新技术有限公司 一种超材料
CN104485515A (zh) * 2014-10-27 2015-04-01 武汉市工程科学技术研究院 加载集总元件的宽带吸波材料
CN205305341U (zh) * 2016-01-14 2016-06-08 武汉碧海云天科技股份有限公司 磁场屏蔽超材料

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011159262A1 (en) * 2010-06-15 2011-12-22 The Office Of National Telecommunications Commission Metamaterial based ultra thin microstrip antennas
CN103094708A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 深圳光启高等理工研究院 吸波超材料
CN102723608A (zh) * 2012-02-29 2012-10-10 深圳光启创新技术有限公司 一种超材料
CN103296433A (zh) * 2012-02-29 2013-09-11 深圳光启创新技术有限公司 一种超材料
CN104485515A (zh) * 2014-10-27 2015-04-01 武汉市工程科学技术研究院 加载集总元件的宽带吸波材料
CN205305341U (zh) * 2016-01-14 2016-06-08 武汉碧海云天科技股份有限公司 磁场屏蔽超材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN106973561A (zh) 2017-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106973561B (zh) 磁场屏蔽超材料
CN106972277B (zh) 电磁超材料
CN107689488B (zh) 应用于超宽带天线的频率选择表面结构
CN105958212B (zh) 全向双频段吸波材料
CN110504553A (zh) 一种电损耗材料与磁性材料复合的多层超宽带吸波体
CN108493623B (zh) 基于损耗型频率选择表面的亚波长层状三维宽带吸波结构
CN104218325B (zh) 一种等效介电常数和磁导率近零的人工电磁材料
CN105186132B (zh) 低损耗微单元低通频率选择表面天线罩及制作方法
CN205282658U (zh) 电磁超材料
CN103943967A (zh) 超薄型金属电阻复合多频吸波材料
WO2017157217A1 (zh) 吸波超材料、天线罩和天线系统
CN109586039B (zh) 一种吸/透特性石墨烯频选复合超材料周期结构及天线罩
CN102769198A (zh) 一种人工电磁材料、天线罩及天线系统
CN104485515A (zh) 加载集总元件的宽带吸波材料
CN107394414B (zh) 基于双层磁介质实现低频段带宽展宽的吸波器
CN107394412B (zh) 一种五频段复用的人工磁导体反射板
CN110290690B (zh) 一种吸波结构
CN102821588A (zh) 一种吸波材料
US10553935B2 (en) Planar RF antenna with duplicate unit cells
CN106785476B (zh) 一种超材料吸波体
CN205305341U (zh) 磁场屏蔽超材料
CN102821589A (zh) 一种吸波材料
CN209217173U (zh) 一种基于费马旋臂结构的人工表面等离激元波导
CN204156097U (zh) 加载集总元件的宽带吸波材料
CN107863607B (zh) 基于环偶极子谐振的低损耗电磁感应透明超材料结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant