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。     

左手材料的性质及研究动态

左手材料(也被称为负折射率材料)最早由前苏联科学家Veselago在20世纪60年代从理论上提出来的,是一种具有介电常数和磁导率同时为负值的材料,它具有诸如负相位速度,负折射率,理想成像,逆Doppler频移及反常的Cerenkon辐射等多种奇异的物理现象。本文主要论述左手材料的性质并分析左手材料全新应用前景,简要介绍左手材料近年来的研究动态及发展前景。     

左手材料的性质及研究动态

左手材料(也被称为负折射率材料)最早由前苏联科学家Veselago在20世纪60年代从理论上提出来的,是一种具有介电常数和磁导率同时为负值的材料,它具有诸如负相位速度,负折射率,理想成像,逆Doppler频移及反常的Cerenkon辐射等多种奇异的物理现象.本文主要论述左手材料的性质并分析左手材料全新应用前景,简要介绍左手材料近年来的研究动态及发展前景.     

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.     

用惠更斯作图法研究左手材料的负折射现象

针对理解电磁波在左手材料中的传播特性,在详细分析了该介质中电磁波波矢量k的方向、大小和坡印廷矢量s之间关系的基础之上,根据电磁场理论探讨了电磁波在右手、左手材料分界面上的反射和折射(各介质都是各向同性的)现象。并运用惠更斯作图法解释了电磁波由右手材料穿越左手材料时的负折射现象。指出发生负折射现象的根本原因是由于电磁波在左手材料中传播时其波矢量与坡印廷矢量的方向相反。     

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.     

新型全电介质平板结构负折射性能的模拟分析

利用全电介质材料,设计了一种新型的高介电质平板-普通介电质-高介电质平板结构.该平板结构中入射电磁波激发的位移电流取代金属材质左手材料中的传导电流,在特定的激发模式下可以产生负折射现象.利用提取的有效介质参数和楔形棱镜模拟证实了这种全电介质结构的左手性能,并研究了高介电质平板尺寸变化对负折射率通带的影响.用具有高介电系数的介电质材料构筑左手材料可以克服传统的基于金属基元的左手材料在红外和太赫兹波段面临的结构复杂和损耗问题,为高频低损电磁超介质的开发提供一种新的结构设计思路.     

浅析双负材料的原理及应用

双负材料(又称左手材料)是指介电常数和磁导率均为负的材料,双负材料具有与普通材料不同的电磁特性.双负材料在实验上取得了突破性的进展,各种特性逐渐被实现,文章对双负材料的原理和应用进行了研究.     

左手材料在RFID天线中的应用

作为一种新型的电磁材料,左手材料的电场E、磁场H、波矢K之间呈现出一种左手关系,它在电磁波的某些频段下能够产生负介电常数和负磁导率,这一特性应用于天线设计,可以改善其方向性.考虑在RFID读写器天线中添加左手材料层,从负Snell折射效应、聚焦电磁波"成像"角度解释方向性增强特性,并以不停车收费系统(ETC)、巡检机器人大角度扫描应用场景为例,对该材料替代天线阵及有源标签作了可行性分析.     

从负折射超材料到光学隐身衣

1964年俄罗斯科学家V.Vesalago从Maxwell方程组出发断言具有负折射率的左手材料(LHM)可以存在,1996年和1999年J.Pendry提出了LHM的初始设计。2000年D.Smith制成首个LHM,它可把微波波束弯折到与常规的不同方向。近年来LHM吸引了人们的兴趣,它也称为超材料,但在自然界并不存在。它可变更电磁波传播,从而造成负折射甚至隐形。一个时期以来,在微波和光频进行的隐身斗篷实验是2D或3D的,它们与通常的隐形方法显著不同。LHM的其他应用如左手传输线、成像技术等。本文首先对负折射研究和隐身衣设计的历史和进展作回顾,进而讨论了这些领域中理论与实验工作的意义。可以看出负折射问题是非常复杂的。还讨论了负折射与负波速、负折射与负GH位移的关系。     

含左手材料的光子晶体

讨论了含左手材料光子晶体中介电常数、磁导率与折射率间的关系,及其电磁学特性,和电磁波在其中的传播的相速度和群速度,得出了相关结论.     

Theoretical investigation of negative refraction in metallic and ferromagnetic composites

A new design of LHM (left handed material) is suggested, in which the wave vector k and the energy flow S (the Poyming veclor) are in the opposite direction. Metallic cores or lines are coated with ferromagnetic layers to obtain negative permittivity and permeability. This design may bring some improvements over the binary design, such as higher homogeneity, smaller volume size, lower power loss, higher convenience and economy. The analytical expressions for the permiltivily s and permeability μ are shown to be negative in certain direction and frequency regions. Two specific structures are theoretically discussed and proved to be left-handed.     

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.     

电磁波在填充非线性左手介质平板波导中的传播

对填充非线性左手介质理想导体平板波导中横电波(TE波)进行了理论分析,得到其电磁场分布和色散方程.通过数值计算,给出了部分TE波低次模的色散关系曲线.结果表明,当电磁波频率为4～6GHz时,介质的电容率和磁导率都为负;电磁波在此种波导中的各次模的色散程度随电磁波频率的增大而近似线性增大;在板间距离相同时,低次模的色散比高次模的色散大;随着板间距离的增大,电磁波在波导中的相速度线性增大;当电磁波的频率一定时,波导的色散程度随波导两板间距离增大而线性增大.     

左手材料SRRs在手机辐射防护中的作用研究

本文应用FDTD数值模拟方法，建立了在手机与人体模型中使用左手材料SRRs的计算模型，比较使用左手材料SRRs对降低手机辐射剂量SAR值的作用，分析了其对手机通信性能产生的影响。结果表明：使用左手材料SRRs可以明显降低手机天线对人体辐射比吸收率SAR值。