用于左手材料的对称开口谐振环特性研究

重构了X波段对称开口谐振环结构,通过仿真实验比较并分析了影响其谐振特性的重要结构因素,讨论了对称开口谐振环在不同电磁场极化方向下的谐振特性,并基于散射参数法对其带有金属线的单元结构进行了本构参数即有效介电常数和有效磁导率的提取,从而验证了该结构的双负特性,这对构造实用性左手材料具有一定指导意义.     

左手材料

左手材料同时具有负的介电常数和磁导率及负的折射率,与电磁波的相互作用和传统材料有本质的区别。针对左手材料的基本特性及其设计与制备的一些相关问题,作了简单的总结和介绍。     

左手材料和负折射

就上世纪60年代关于其理论预言开始,着重介绍了左手材料和负折射现象的基本原理及主要应用,并结合近几年的研究成果,指出在结构设计和理论完善等方面仍需进一步研究．     

一种双Π形双频左手材料

提出了一种两个反向对称Π形双频左手材料结构,其中Π形结构是由在介质基板刻蚀的金属线和金属化过孔组成.通过模拟仿真及电磁参数反演结果表明,当电磁波垂直入射时,该结构在11.1～12.5 GHz和13.3～14.3 GHz这两个频段内具有左手特性,并且实验与仿真结果基本吻合.     

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.     

太赫兹波段树枝状三维各向同性左手材料设计及特性研究

基于微波段二维树枝状左手材料的设计思想,设计了太赫兹波段的三维各向同性左手材料结构单元模型.采用金属Drude模型,运用等效媒质理论,仿真模拟了结构单元的电磁响应特性,计算了结构单元的有关电磁参数,分析了其缺陷效应和吸波特性.结果表明折射率在太赫兹波段1.17¹.38 THz之间为负值,并通过模拟负折射验证了其左手特性;在缺陷严重情况下,其左手特性将消失;通过对模型进行改进,在1.47 THz处出现了一个吸收峰,吸收率高达98%.该模型结构简单,研究结果为采用自上而下的方法制备三维太赫兹波段左手材料指出了途径.     

左手材料表面的电磁波反射特性

研究电磁波从真空投射到左手材料表面时的反射和折射现象,分析了反射波和折射波的振幅、偏振、相位的特征.研究表明,根据电容率ε和磁导率μ取值,可以将左手材料分为两类,它们具有不同的布儒斯特角,其反射波的偏振特性明显不同.对于电场垂直或平行于入射面的情形,折射波的相位行为相同,但是在布儒斯特角两侧反射波的相位跃变表现不同的特征.还探讨了εμ>1和εμ<1两种左手材料对反射波相位行为的影响,分析了反射波的相位特征,并对电磁波从真空投射到一般右手材料和投射到左手材料的情形进行了比较.     

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.     

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.     

基于左手特性的异向介质可调谐天线设计

设计了一款新型的基于异向介质的可调谐天线.通过在传统环氧板(FR4)介质基底上加载分裂谐振环阵列的方法,使介质在5.2～7.7GHz频段呈现左手特性.该设计改善了传统贴片天线体积大、工作频带窄、增益较低等缺点,并能通过改变分裂谐振环阶数调节天线的中心频率.利用高频仿真软件HFSS对所设计的天线进行了仿真,研究了天线参数与阵列间隙尺寸及阵列阶数的关系,并对天线进行了优化设计.仿真结果表明,该设计可以有效减小天线尺寸,降低回波损耗和增加工作带宽,并实现了天线的可调谐设计.     

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.     

采用阶梯阻抗谐振器的新型小型化双频带带通滤波器

设计一种新颖的双频带带通滤波器,应用于2.4/5.2 GHz无线局域网WLAN系统.该滤波器采用2个阶梯阻抗谐振器, 通过合理的配置耦合方式,具有非常紧凑的电路结构.实际测量结果显示,该滤波器具有很小的插入损耗,在2个通带内,2.4和5.2 GHz处的插损分别为0.3和0.7 dB, 并且该滤波器具有很宽的通带响应,2个通带的分数带宽分别为30%和17%.测量结果和仿真结果非常吻合.
     

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。     

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。     

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。     

2.45 GHz与5.8 GHz双频柔性天线的设计

基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性基体和有机硅导电银胶, 给出柔性双频微带天线的拓扑结构及制备2.45 GHz与5.8 GHz柔性可穿戴单极子双频天线流程, 并优化天线结构, 对天线性能进行实测表征. 结果表明, 仿真与实测结果基本一致, 双频天线在中心频率2.45 GHz和5.8 GHz处的回波损耗分别为-26 dB和-28 dB.     

负折射率材料及其在THz频段的应用研究

负折射率材料是一种重要的新型人工合成材料,其主要特征是介电常数和磁导率都小于零,本文介绍了负折射率材料的物理机理及其在微波波段基础研究的最新进展,并对在THz频段的研究前景进行了分析。