高斯波束在双负媒质中的传播特性分析

 提出了一种基于Drude色散媒质模型的2维TM模时域有限差分法，数值模拟了高斯波束从自由空间垂直入射和斜入射到双负媒质(介电常数和磁导率同时为负)平板后的折射现象，并给出了平板内外的电场强度分布。模拟结果显示：垂直入射时，双负媒质平板对高斯波束具有汇聚作用，通过改变媒质的折射率，可以控制高斯波束通过组合平板的传播时间而不发生衰减；斜入射时，折射波束与入射波束均位于法线的同一侧，高斯波束在双负媒质与空气交界面处发生了负折射。     

由同时具有磁谐振和电谐振结构组成的左手材料

为了在同一结构中同时实现负介电常数和负磁导率(双负),采用一种“巨”字形结构,利用丝网印刷技术在氧化铝基板上进行加工制作,并通过仿真和实验测试证实了这种结构的“双负”特性. 与利用磁谐振器和电谐振器组阵实现左手材料的方法相比,这种单一结构可以同时实现负介电常数和负磁导率,制作方便,等效电路简单,双负频段较宽. 利用丝网印刷技术进行样品的制作,工艺简单,成本低廉. 关键词： 左手材料 磁谐振 电谐振     

负折射率材料对产生Casimir排斥力的影响

研究了负折射率材料对产生Casimir排斥效应的影响. 两材料板间的Casimir排斥力的发生取决于两板以及其间媒质的电磁特性,通过理论与数值结果的分析研究给出电磁特性所影响排斥力的产生趋势. 对于由Drude-Lorentz型色散关系描述等效介电常数和磁导率的负折射率材料,调节各特征频率参数可实现Casimir排斥效应. 关键词： Casimir排斥力 负折射率材料 Drude-Lorentz型色散关系     

电磁超材料中负磁导率对负介电常数的影响

为深入了解电磁超材料中物质间相互作用关系,理论分析了金属导体线阵列宏结构嵌入单负磁导率媒质中时其等效介电常数的变化特性。数值计算和电磁仿真方法相结合,讨论了单负磁导率媒质和单负介电常数媒质的相互作用关系,提出了减小其相互作用的解决方法。仿真结果显示:将金属线阵列直接嵌入到单负磁导率媒质中时,电磁超材料传输特性在整个频段内为传输禁带;将金属线裹附一层绝缘材料后,传输禁带变为传输通带,这表明金属线阵列和单负磁导率媒质之间必须加入一种绝缘材料才能合成双负的电磁超材料。     

加载异向介质的太赫兹频段高方向性喇叭天线

设计了一款工作在太赫兹波段的类三角形异向介质单元,对传输系数进行处理得到单元的等效介电系数和有效磁导率,数据结果表明该单元在太赫兹波段出现双负频段.通过将该类三角形异向介质应用于太赫兹波段的喇叭天线,利用零折射率特性制作天线填充介质实现电磁波的定向辐射,减小天线的后向波能量损耗,达到提高天线方向性系数和增益的目的.实验结果表明:加载类三角形异向介质单元后的喇叭天线的后向波辐射减弱、前向辐射效率增强,方向性系数提高了46.86,增益提高了2.77dB.     

基于双负介质与负介电常数介质交叠结构的谐振腔研究

通过探讨双负介质与负介电常数介质交叠结构的谐振特性,实现了一种能够同时缩小长度和宽度的改进的小型化谐振腔(IMCR). 对IMCR谐振特性进行了数值仿真,结果表明,IMCR能够在10.3GHz上稳定谐振,但其长度和宽度却分别只有4.58和5.08mm,相比于普通金属谐振腔的长度和宽度均缩短了一半. 这些结果对基于双负介质的小型化谐振腔的发展具有理论意义. 关键词： 双负介质 负介电常数介质 改进的小型化谐振腔 各向异性     

基于平行金属双柱的太赫兹波二维左手材料

基于产生负介电常数的周期性金属线单元结构,利用平行金属双柱设计了具有双负通带的两种太赫兹波段二维左手材料。应用时域有限积分算法研究了二维左手材料的传输特性,仿真结果表明,在0.76THz附近,平行金属双柱的表面电荷振荡与反向平行电流引发了电磁谐振,出现良好的负折射效应。在0.75～0.78THz之间同时具有负等效磁导率和负等效介电常数,双负通带带宽约为0.03THz。进一步研究了金属双柱间距、长度及基板厚度等结构参数对双负通带带宽的影响。研究结果为太赫兹波段左手材料的设计和研制提供了参考。     

负媒质模型的时域有限差分法分析

 负折射率媒质是一种人造媒质，在某一微波波段内其介电常数和磁导率同时为负值。对TE模电磁场满足的麦克斯韦方程组进行数值处理，解决了直接利用时域有限差分方法在Yee’s网格下计算负折射率媒质内部场分布时的数值发散问题。通过数值算例，验证了方法的可行性，模拟了负折射率媒质内部及周围的电磁场分布。     

1.7—2.7GHz宽频带小单元异向介质设计及其介质参数提取

提出一种单元电尺寸小、工作频带宽、损耗小、结构简单的异向介质设计方案，在1.7—2.7 GHz上所设计的异向介质结构单元电尺寸小于0.035，相对带宽达到45.5%，在整个工作频带上单个结构单元传输损耗小于0.75 dB.对由上述异向介质单元构成的半无限大异向介质平板的电磁波反射、透射特性进行了数值仿真分析，并提取出了电磁波在该异向介质平板中传播时的波数、相速、折射率以及该异向介质平板的有效介电常数和有效磁导率等一系列电磁特性参数，仿真与计算结果表明复波数的实部、相速以及折射率的实部在1.7—2.7 GHz的范围上为负值，并且在相同频带上，有效介电常数和有效磁导率的实部同时为负值，从而有效地验证了“后向行波效应”、“负折射效应”、“双负效应”等异向介质特有的电磁特性，对上述异向介质的存在性给予有力证明. 关键词： 异向介质 宽频带 小单元 介质参数     

一种双开口谐振环结构的新型双负介质

 提出了一种双开口谐振环结构的新型双负介质单元模型,该模型集电、磁谐振于一体,结构简单。用时域有限差分法和CST软件对该新型结构进行了模拟对比,并对其物理机理进行了分析,解释了其双负效应发生的原因。从电磁波理论出发,导出了波导中双负介质参数的反演公式,推广了通常提取介质参数的NRW方法,并由此提取了新型双负介质的等效电磁参数。结果表明：在频率10.3 GHz附近其等效介电常数和等效磁导率的实部同时为负值,确定了其双负效应的存在。     

一种用于60 GHz通信的S型结构左手材料的设计

基于对S型结构的理论分析,将中心频率设置为60 GHz,通过合理的改变单元结构中相应的尺寸以实现所需电谐振和磁谐振频率,并且经过优化以实现负介电常量和负磁导率的重合频段尽可能理想. 运用反演参量提取方法进行电磁参量提取,可以得到本设计在58.1~61.4 GHz频段内其ε和μ同时为负,即左手频段. 分析散射参量的仿真结果,在58~62 GHz频段内S₂₁大于-3 dB,在59.8~60.4 GHz频段内,S₁₁小于-20 dB,因此该设计结果可以运用于60 GHz通信滤波器和天线等器件的研究与设计.     

一种新型的树枝状负磁导率材料微带天线

基于树枝状金属结构单元模型的电磁特性,设计了一种双面刻有树枝状金属结构单元阵列的负磁导率介质材料,并将这种介质材料作为微带天线的基板,制备了中心工作频率为2.64GHz的树枝状负磁导率材料微带天线.仿真和测量结果都表明：相比普通微带天线,树枝状负磁导率材料微带天线的性能得到了明显改善,定向性得到了提高,E面和H面的3dB角分别收缩了18°和13°,增益提高了2.19dB,相当于有效辐射功率提高了65%.说明利用负磁导率材料作为微带天线的基板,可以明显改善微带天线的性能. 关键词： 树枝状结构 微带天线 负磁导率 增益     

Analysis and design of optically transparent antenna on photonic band gap structures

An optically transparent microstrip patch antenna is designed on photonic bandgap structures and its radiation characteristics are computed and analyzed in the visible spectrum region. The proposed antenna consists of indium tin oxide, a transparent conducting material used both as a radiating patch and a ground plane separated by the 5 μm thin glass substrate. The introduction of periodic cylindrical air cavity structures in the glass substrate leads to the formation of photonic band gap. The patch thickness is carefully selected based on the analysis of the optical transmission coefficient with respect to patch thickness. The effective dielectric constant of the photonic band gap loaded glass substrate is computed using the effective medium approach. The refractive index of the proposed antenna is presented and discussed. The radiation efficiency of the antenna is shown to improve significantly due to insertion of proposed photonic band gap structures. The proposed design has yielded a bandwidth of 2–2.3 THz for a return loss (S₁₁) of less than −15dB and achieved a peak gain of 4.97dB at 2.27 THz.     

Dual-band tunable negative refractive index metamaterial with F-Shape structure

This paper presents a negative refractive index tunable metamaterial based on F-Shape structure which is capable of achieving dual-band negative permeability and permittivity, thus dual-band negative refractive index. An electromagnetic simulation was performed and effective media parameters were retrieved. Numerical investigations show clear existence of two frequency bands in which permeability and permittivity both are negative. The two negative refractive index bandwidths are from 23.8 GHz to 24.1 GHz and from 28.3 GHz to 34.9 GHz, respectively. The geometry of the structure is simple so it can easily be fabricated. The proposed structure can be used in multiband and broad band devices, as the band range in second negative refractive index region is 7 GHz, for potential applications instead of using complex geometric structures and easily tuned by varying the separation between the horizontal wires.     

Radiation reflection from an optical inhomogeneity moving in a right- and left-handed medium

The parametric Doppler effect in a medium whose dielectric permittivity and magnetic permeability become negative in some spectral range is analyzed with respect to uniform plane waves. The regime in which the medium is right-handed (the refractive index is positive) for incident radiation and left-handed (the refractive index is negative) for reflected wave is demonstrated. The possibility of the occurrence of additional branches in the dispersion dependences is demonstrated.     

单方环结构左手材料微带天线

设计了一种简单的双面单方环结构左手材料,在4.8–5.25 GHz频率范围内该材料的等效介电常数和等效磁导率同时为负.将此单方环左手材料作为覆盖层,置于中心工作频率为5.0 GHz的微带天线之上. 仿真和实验研究表明:相对普通微带天线而言,覆层微带天线的性能得到了明显改善, E面和H面的半功率波束宽度分别收缩了25°和20°,定向性得到了提高, 5 GHz处的增益提高了3 dB, -10 dB带宽增加了600 MHz. 关键词： 单方环结构 左手材料 微带天线     

基于双层介质的宽轴比波束微带天线

为了展宽微带天线的3 dB轴比波束宽度(ARBW),提出采用双层介质基板结构与单点同轴线馈电、引入切角微扰和半圆槽的方式,设计出一款小型化宽ARBW的圆极化微带天线。该天线的尺寸可用中心波长(0)表示为0.40800.40800.0360,工作频率可覆盖IEEE 802.16e(3.5 GHz)频段。利用基于有限元法的仿真软件(Ansoft HFSS15.0)对天线进行优化设计,获得天线3 dB ARBW为230~255,电压驻波比(VSWR)小于2的带宽为290 MHz,峰值增益在3.5 GHz为4.11 dB。测试结果与仿真结果基本一致,表明采用该结构和设计方式可以展宽天线的ARBW。     

折射率渐变透镜的数值设计

传统折射率渐变透镜的设计要求初级馈源天线具有稳定的相位中心,这就限制了透镜的应用范围。为拓宽透镜的应用范围,提出了一种折射率渐变透镜的数值设计方法,通过对馈源天线的极化电场离散采样获得相位信息,并据此设计透镜,随后用金属短线结构的新型人工电磁材料来实现这种透镜。这种设计方法简单灵活,对馈源天线没有限制。以经典矩形贴片天线为例,比较了贴片天线和透镜天线的回波损耗和远场方向图,结果表明运用这种方法设计的透镜使贴片天线的增益提高了2 dB,口径效率从62%提高到了99%。     

超低折射率特异材料天线

采用金属网格和泡沫材料实现低折射率材料媒质,并对其参数进行了优化,辐射源采用单极天线,制作了样机。利用HFSS电磁仿真软件对应用低折射率材料媒质天线与传统天线的方向性进行了对比研究,并研究了辐射源的参数对定向天线的性能影响。对样机进行了测试,测试结果与仿真结果比较吻合,与传统天线相比较,基于超低折射率特异材料的天线方向性明显提高。因此,选择适当电磁参数的超低折射率特异材料,用于定向天线的设计,可以改变传统天线的设计。     

Analysis on effect of low dielectric permittivity on indium-doped tin oxide based optically transparent terahertz patch antenna

Indium-doped tin oxide based optically transparent rectangular patch antennas are designed to resonate at 750 GHz; one on the glass substrate and the other on the polyimide substrate. Characteristics of both the transparent antennas such as impedance bandwidth, radiation efficiency, directivity and gain are analyzed and compared. Polyimide substrate has a lower dielectric permittivity than the glass substrate. The effect of low dielectric permittivity substrate on the radiation characteristics of the terahertz transparent patch antenna is analyzed. The transparent antenna on polyimide substrate is shown to have gain greater than 3.97dB in 714–795 GHz. The proposed transparent antennas are designed and simulated by using finite element method based electromagnetic solver, Ansys–HFSS.