BST负折射特性实验验证

对钛酸锶钡BaxSr（1-x）TiO3（0〈x〈1）（BST）柱阵列异向介质棱镜的负折射进行了实验验证．实验结果表明,该BST柱构成的三维异向介质的负折射特性不依赖于柱体的排列周期,而是BST柱自身的谐振造成了电磁波在该棱镜中的负折射．BST柱排列周期仅对二次负折射的强度产生影响．例如：周期阵列的BST柱异向介质棱镜的斜边是阶梯状时,因具有光栅结构,使得在该斜边上发生的二次负折射被增强;随机阵列的BST棱镜的斜边不具有光栅结构,观察到的二次负折射就比较弱．采用等效介质理论的仿真结果与我们的实验结果符合较好．     

具有谐振特性的双通带左手材料的设计

通过对谐振型左手材料的理论分析,提出了一种新型双通带左手材料的单元结构.该结构由E型和双谐振环形构成的谐振器与金属线组合而成,其中谐振器实现负磁导率,金属线实现负介电常数.利用电磁仿真软件,分析该材料单元结构的谐振特性,提取该结构的折射率、波阻抗以及介电常数、磁导率.仿真结果表明:该结构在其工作频段内存在2个通带,并且在这2个通带内该结构都具有左手特性.     

基于折叠迷宫环的共面左手结构优化设计

左手材料在微波段的应用越来越广泛,集成化、一体化是其发展趋势.本文提出一种共面紧凑型左手结构——折叠方形迷宫环.利用三维电磁场仿真软件计算其在5.8 GHz的S参数,提取了该结构的等效参数,发现在5.8 GHz附近等效介电常数和等效磁导率同时为负.将该迷宫环以阵列形式排布于棱镜形状的基板上,通过数值实验,观察到了负折射现象和近似零折射现象,该结构可应用于天线以提高辐射性能.     

一种基于零参数异向介质的新型高指向性微带天线

本文介绍了一种基于平面零参数异向介质的新型高指向性微带贴片天线(microstrip patch antenna,MPA)。异向介质单元的引入使得该天线的有效介电常数在8.75GHz频率附近趋于0,并产生负折射效应。仿真和实验结果都表明:由于异向介质的负折射特性使得天线的指向性得到加强。     

具有双负折射率通带的双结构单元渔网电磁超介质的数值模拟研究

基于传统的＂金属-电介质-金属＂渔网状电磁超介质,平行和交叉排列具有不同介电常数介质板的两种单元,利用数值方法研究了两种排列方式下渔网电磁超介质的左手行为.与采用单一介质板相比,使用两种电介质板形成的双结构单元渔网结构能够使不同的单元在不同频率下谐振,表现出双负折射率通带.利用楔形结构和后向波模拟验证了两种排列方式下双结构单元渔网结构的负折射特性.利用双结构单元渔网结构,可以通过调节介质板的介电常数,同时在一个或多个频率带实现负折射,这为制作性能更为优良的多频带滤波器和变频通信微波器件等提供了一种可行方法.     

耦合增强型 “巨”字形左手材料磁谐振器的设计

磁谐振器与电谐振器组合能够实现同时具有负介电常数和负磁导率的左手材料,左手材料磁谐振器的设计对于设计新型左手材料具有重要的意义。针对左手材料磁谐振器设计问题,提出了磁谐振器设计原理,为消除磁谐振器的双各向异性,所设计的结构关于电场方向等效为镜像对称的单回路。根据此原理,设计了耦合增强型"巨"字形磁谐振器结构,并通过实验仿真验证了结构的等效负磁导率。结果表明,所设计的结构在8.9GHz-10GHz之间具有负的等效磁导率,并且结构的双各项异性得到了有效的消除,说明了所提出设计原理的正确性。相对于传统的开口谐振环磁谐振器,"巨"字形磁谐振器结构简单,易于进行加工制作和理论分析。     

浸没环境对自负折射率薄膜表面反射光的Goos-H(a)nchen位移的影响

计算了光从真空-负折射率薄膜-真空,真空-负折射率薄膜-金属, 正折射率介质-负折射率薄膜-真空以及真空-负折射率薄膜-正折射率介质四种复合结构中的负折射率薄膜表面反射的等效反射系数和GH位移.着重比较分析了在正折射率介质-负折射率薄膜-真空,真空-负折射率薄膜-正折射率介质两种结构中正折射率材料的吸收效应对不同入射极化波的GH位移的影响.     

基于铁磁介质的左手材料

 超材料是近十几年来国际研究的热点,其中介电常数和磁导率同时为负数的左手材料是最典型一类代表,具有反向波、负折射系数等反常物理特性。左手材料虽然物理本质是等效连续介质,但实际上都是各种人工金属结构,物理特性决定于结构参数而非组成材料的特性。直接利用功能材料的本征物理特性产生负电磁参数进而获得左手特性,可以大大丰富左手材料的物理特性,并且将其跳出超材料设计的范畴,是左手材料领域中的特色研究领域。其中,基于铁磁介质的左手材料近年来已有较多研究。本文对基于铁磁介质的左手材料的研究进展做一综述。     

线电流源激励下无耗异向介质层覆盖导体圆柱的辐射特性分析

基于时域有限差分法(FDTD)分析了线电流源激励下无耗异向介质层覆盖的无限长导体圆柱的辐射特性.仿真结果表明,由于异向介质的负折射特性,导体圆柱的辐射方向性将会增强.同时,当模型具有合适的几何和电磁参数时,导体圆柱将可以实现定向辐射.     

负泊松比负热膨胀超材料微结构拓扑优化设计

提出一种拓扑优化设计方法,用于设计同时具有负泊松比和负热膨胀系数的超材料.超材料是人工设计的复合材料,由微米或纳米结构的周期性阵列组成,并具有天然材料难以具备的超常物理性质.基于拓扑优化理论,建立了一个表示多材料微观结构的多相边界的水平集模型,并采用数值均匀化方法来计算微观结构的等效性能,然后通过参数化水平集优化方法实现边界形状的演变和拓扑结构的设计.通过两个数值算例,给出超材料微结构材料分布的优化结果,证明了设计方法的可行性,为实现具备特殊性能的人工材料设计提供了一套系统的设计方法.     

基于RBF神经网络的异向介质基本单元分析

利用径向基神经网络(RBF神经网络)对异向介质的基本单元进行分析,建立异向介质等效介电常数及等效磁导率与介质敏感结构参数之间的神经网络模型.实验结果表明,该模型所得结果与全波分析相吻合,分析时间为138.465793s,训练平方和误差为0.0374879,满足工程要求.验证了该模型的可靠性及合理性,减少数值分析法由于厚度谐振等问题而引起的结果错误问题,解决了异向介质分析精度与效率难以共存的问题.     

二维异向介质的传输模式

针对异向介质一般表现为各向异性的特点,分析了异向介质的传输模式及传输条件。通过将k矢量坐标轴与物理空间坐标轴相重合,并引入传输角度参量,建立了异向介质的色散方程。以传输角度为条件将异向介质分为4种类型:①kz-cutoff类型；②kx-cutoff类型;③Never-cutoff类型;④Always cutoff类型,这使得异向介质的电磁波传输模式更具直观效果。利用k曲线对各类型异向介质的折射与反射特性进行描述,并采用色散时域有限差分法进行仿真验证,数值结果与理论分析取得良好一致。     

一种提取介质结构等效电磁参量的改进方法

基于对提取人工电磁材料等效结构电磁参量的传统 S 参数提取法的研究, 提出一种新的既适用于异向介质也适用于传统介质简单明确的改进方法。改进方法具有 3 个优势: 1)采用反正弦函数提取等效折射率 n,无需使用附加限制条件 n^" ≥0 和 z^' ≥0 便可直接得出 n 的正负属性,避免了传统 S 参数提取法应用上述限制条件可能引起的误差; 2) 明确给出一种多值反正弦函数的取值方案,解决了传统 S 参数提取法中多值反三角函数的取值困扰问题; 3)改进方法对厚度较小或厚度较大的介质结构都能适用,克服了传统 S 参数提取法仅适用于介质厚度足够小的限制。通过对均匀异向介质板、均匀传统介质板以及典型的 SRR-Rods 异向介质结构等效特性参量的提取,证实了此方法的正确性、有效性和优越性。     

基于渔网结构的人工电磁材料结构参数研究

提出了一种基于渔网结构的新型低损耗改进型渔网结构左手材料,研究了其传输特性和材料有效电磁参数,计算表明其具有较宽的负折射带宽和左手带宽(介电常数和磁导率同时为负),同时数值研究了提出的结构的几何参数变化对材料电磁参数的影响.结果表明在结构参数相当大范围内保持了材料的左手物理特性.     

复合左右手传输线构成的异向介质及其应用

首先从理论上证明了利用微带结构实现的复合左右手传输线具有异向介质特性,然后利用复合左右手传输线构造了具有宽带特性的异向介质．同时,介绍了近几年来我们在分析、设计和研制由该种异向介质构成的微波无源器件方面的研究成果．研究表明：由于复合左右手传输线的异向介质特性,使得这些新颖的无源器件无论在插损、尺寸以及性能上都优于由传统传输线构成的同类器件的特性．     

一个12 GHz的新型C形双重负特异材料的设计

模拟一个12 GHz谐振频率下具有负介电常数和磁导率的新型C型单元电池,通常称为双负超材料(DNG)或左手材料. DNG形状为在电介质的一侧有相反的C谐振器,而在另一侧也是相同的形状.使用微波工作室(MWS)中的计算机模拟技术(CST)从DNG结构的模拟仿真中确定散射参数以及介电常数,渗透率和折射率. 为了验证结构参数的负值,使用了MATLAB. 由于其简单性,可扩展性和双负极材料的特性,这是一种在电磁学领域的新颖且有前途的设计方法.     

基于开环双模谐振器的双频带滤波器

基于新型的带开路枝节的双模开环谐振器,设计了应用于无线局域网（WLAN）IEEE 802.11 b/a（2.4/5.2 GHz）的双频带微带滤波器.双模开环谐振器的奇模和偶模谐振频率,分别由开环结构和开路枝节负载激励产生.双频带滤波器由两个双模开环谐振器电磁混合耦合实现,具有4个传输零点.滤波器的两个通带分别由双模谐振器的基频和一次杂散频率产生.为了满足输入和输出阻抗匹配要求,并改善双频段的通带特性,采用锥形渐变线0°馈电方式.双频带滤波器的频率响应特性S₁₁和S₂₁的电磁仿真和实测结果非常吻合,两个通带均呈现很好的通带特性和隔离效果.     

基于渐进变分法的蛋盒型结构等效刚度分析及优化

对蛋盒型结构的等效刚度特性进行了分析并实现了蛋盒型结构参数的优化设计.首先以蛋盒型结构的单胞为研究对象,基于渐进变分法,得到了蛋盒型结构等效刚度特性的数值计算方法.随后用该方法计算蛋盒型结构不同参数情况下的等效刚度特性,并以结构参数为自变量,等效刚度特性为因变量进行拟合.最后应用拟合公式在限定泊松比或等效刚度的情况下,分别以最大化结构的屈曲载荷和最大化单位质量吸能能力的优化为例,对蛋盒型结构参数进行了量纲为一的优化设计.计算结果表明:蛋盒型结构拉伸刚度降低,弯曲刚度升高;蛋盒型结构的刚度特性与结构参数之间呈现非线性的特点,结构表现出负泊松比的特性;在给定优化目标和限定条件时应用拟合公式可以快速实现蛋盒型结构参数的主动优化设计.     

一种新型的可配置传输型微带负群时延电路

提出了一种基于有耗微带耦合谐振单元的传输型负群时延电路,该电路利用电阻加载的方式实现负群时延值的灵活调节.微带耦合谐振单元电路中采用了开路扇形线结构,有效减小了电路尺寸.基于有耗耦合线谐振单元的等效网络模型,分析了加载电阻及耦合系数对信号传输及负群时延特性的影响,并对整体微带电路进行了三维电磁仿真分析.设计加工了一款两级传输型负群时延电路实验样品,在耦合谐振器特定位置分别加载100~300Ω范围内不同阻值电阻的状态下,对该电路的群时延特性进行了测试.结果表明:在中心频率1.79 GHz附近,该电路可配置获得-2~-12 ns的负群时延值,其最大信号衰减在6~10 d B范围内.这种新型的负群时延电路具有结构紧凑、信号衰减小、负群时延值可灵活配置等优点.     

具有独立电磁响应的三角形人工电磁媒质

提出了一种同时具有电磁模式响应的人工电磁媒质的综合构成(SC)方法.在介质基板上单面刻蚀的三角形金属开口对环只具有磁响应,即只具有负的磁导率,在介质基板上单面刻蚀的金属线阵列只具有电响应,即只具有负的介电常数,SC方法通过将金属线设计在开口环的中部,将以上两种结构连接起来,从而构成同时具有电磁响应的三角形电磁谐振(TER)单元结构,并通过将TER排成阵列构成新型人工电磁媒质.理论仿真与实验测量结果表明,与传统的金属环加线结构相比,TER单元具有电响应与磁响应的双阻带特性,并且由其构成的双负媒质的左手传输通带带宽比环加线结构的带宽扩展了217%.