CN205282658U - 电磁超材料 - Google Patents

Abstract

本实用新型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的、具有磁导率近零的，且同时具有对低频磁场吸收和对高频电磁波透明的电磁超材料，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设置于所述基底材料表面上的环形的金属线和分形结构的金属线；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；本实用新型在应用中可实现对低频磁场及各种谐波的电磁辐射吸收，可减小其对周围设备或人员的危害，同时又具有高频透明的双向电磁材料的特性，使得本实用新型的电磁超材料可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域。

Description

电磁超材料

技术领域

本实用新型涉及电磁材料技术领域，尤其涉及一种可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域的具有磁导率近零的，且同时具有低频磁场吸收和对高频电磁波透明的电磁超材料。

背景技术

电磁辐射的危害涉及范围越来越广，已经受到人们的极大关注。随着各种无线电能传输设备如，穿戴无线设备、无线充电器件等的不断普及，这些系统中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一定的电磁危害，同时为了通信又要求高频信号的畅通。因此，需要设计一种先进功能材料来实现对低频磁场及各种谐波的电磁辐射吸收，减小其危害，同时又在高频透明的双向电磁材料。

而吸波材料通常是指一种能够有效吸收入射电磁波使其能量衰减的一类材料，诸如科克(Koch)分形结构和希尔伯特(Hilbert)制成的超材料，它通过材料的各种不同损耗机制，将入射电磁波转化成热能或者是其他形式的能量而达到吸波的目的；而传统的低频吸波材料主要采用铁氧体，它具有吸收率较高的特点，但存在吸收频带窄，厚度较厚、密度大，易碎且价格较高等缺点。

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：2011100618744所示的“一种电磁透明的超材料”，其基本原理是在基体材料上设置有若干个金属分支，通过此金属分支构成某种二维电路，以此实现对电磁的透明作用，而通过该专利可知，此专利所示的材料分支结构极其多，且本身其结构复杂，而对其对电磁透明的同时不具有对低频吸收的功能，具有功能单一的缺陷。再诸如中国专利号为：2011100618513所示的“一种电磁透明的超材料”，其基本原理同样是在基体材料上设置相应的若干个二维和三维金属分支，构成相应的微电路，以此实现对电磁的透明作用，通过该专利可知，此专利同样具有功能单一、结构复杂等缺陷。

因此如果能够设计出一种既能对低频磁场吸收和对高频电磁波透明的电磁超材料，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

本实用新型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电磁超材料。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案为：

本专利的实用新型人对具有低频吸波功能的科克(Koch)分形结构和希尔伯特(Hilbert)分形结构经过长期的研究，设计了一种电磁超材料，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设置于所述基底材料表面上的环形的金属线和分形结构的金属线；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。

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最外侧与所述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。

优选的，所述基底材料为由聚四氟乙烯(FR4)制成的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PCB板为柔性PCB板。

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。

优选的，所述分形结构为希尔伯特(Hilbert)分形结构或科克(Koch)分形结构。

优选的，所述环形为圆环形或正N边形；所述N为大于等于四的正整数。

优选的，所述环形为正四边形或正六边形或正八边形或正十二边形。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型的电磁超材料通过具有磁导率近零的分形结构的分形结构的金属线来实现低频吸波的特性，而通过环形结构的环形的金属线来实现高频透明的作用，在应用中可实现对低频磁场及各种谐波的电磁辐射吸收，并减小其对周围设备或人员的危害，同时又具有高频透明的双向电磁材料的特性；也即具有够实现对低频磁场的吸收和对高频电磁场的透明双重作用的功能，使得本实用新型的电磁超材料可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域。

2.本实用新型的电磁超材料不完全由金属制作，因此本电磁超材料具有重量轻等优点，而本设计通过环形结构与分形结构的结合使其具有频率选择特性、宽角特性和对电磁波极化不敏感特性等优势。

附图说明

图1为频率可调的具有低频吸波功能的希尔伯特(Hilbert)分形结构之一示意图；

图2为频率可调的具有低频吸波功能的希尔伯特(Hilbert)分形结构之二示意图；

图3为频率可调的具有低频吸波功能的科克(Koch)分形结构之一示意图；

图4为频率可调的具有低频吸波功能的科克(Koch)分形结构之二示意图；

图5为本实用新型的电磁超材料结构之一示意图；

图6为本实用新型的电磁超材料结构之二示意图；

图7为本实用新型的电磁超材料结构之三示意图；

图8为本实用新型的电磁超材料剖面状态主要结构示意图；

图9为本实用新型中应用的希尔伯特(Hilbert)分形结构具体尺寸示意图；

图10为本实用新型中应用的科克(Koch)分形结构具体尺寸示意图；

图11为本实用新型中应用的为环形的金属线具体尺寸示意图；

图12为本实用新型中应用的为四边形的金属线具体尺寸示意图；

图13为本实用新型中应用的为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实用新型进一步说明：

实施例1：一种电磁超材料，可参见图1至图8；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，所述分形结构层200包括设置于所述基底材料表面上的环形的金属线和分形结构的金属线；本设计中所述的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；环形的金属线在应用中具有高频透明的作用，而分形结构的金属线具有低频吸收的功能；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。在本设计中所述的环形的金属线和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通过刻蚀工艺设置于所述基底材料上。

在本设计中，为了实现本设计的吸波频带的可控性，本实用新型中，可采用改变分形结构的级数及尺寸大小来实现，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1所示的第一种希尔伯特(Hilbert)分形结构201，也可以为图2、图5和图7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，所述环形为可以为图5所示的正四边形或图6所示的正六边形或正八边形或正十二边形。

实施例2，与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于，本实施例采用图9-图13中所示的尺寸予以应用实施；

表1：图9

表2：图10

表3：图11

表4：图12

表5：图13

实施例3，与实施例1或实施例2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。

综上，本实用新型的电磁超材料通过具有磁导率近零的分形结构的分形结构的金属线来实现低频吸波的特性，而通过环形结构的环形的金属线来实现高频透明的作用，在应用中可实现对低频磁场及各种谐波的电磁辐射吸收，并减小其对周围设备或人员的危害，同时又具有高频透明的双向电磁材料的特性；也即具有够实现对低频磁场的吸收和对高频电磁场的透明双重作用的功能，使得本实用新型的电磁超材料可用于无线电能量传输系统以及电磁防护等领域。

本实用新型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，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电磁超材料，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设置于所述基底材料表面上的环形的金属线和分形结构的金属线；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。

2.如权利要求1所述的电磁超材料，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所述的电磁超材料，其特征在于：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～3.0mm。

4.如权利要求3所述的电磁超材料，其特征在于：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。

5.如权利要求1或2所述的电磁超材料，其特征在于：所述基底材料为由聚四氟乙烯制成的PCB板；所述环形的金属线和分形结构的金属线均由铜制成。

6.如权利要求5所述的电磁超材料，其特征在于：所述PCB板为柔性PCB板。

7.如权利要求1或2所述的电磁超材料，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。

8.如权利要求1或2所述的电磁超材料，其特征在于：所述分形结构为希尔伯特分形结构或科克分形结构。

9.如权利要求1或2所述的电磁超材料，其特征在于：所述环形为圆环形或正N边形；所述N为大于等于四的正整数。

10.如权利要求9所述的电磁超材料，其特征在于：所述环形为正四边形或正六边形或正八边形或正十二边形。