一种新型左手材料的设计和特性研究

通过对左手材料的理论分析,设计了一种宽频带左手材料结构单元.该结构单元由一个矩形闭合环和十字型结构构成的谐振器和金属线组合而成.这种新结构中的谐振器实现负磁导率,金属线实现负介电常量,经过合理的设计,可以在某一频段内使得磁导率和介电常量同时为负,即具有负的有效折射率和正的波阻抗.数值仿真结果表明:在其工作频段内存在一个通带并且在17.6～29.0 GHz频率范围内折射率实部为负,而虚部接近于零;同时在该频率范围内波阻抗实部大于零,从而说明了该左手材料具有左手特性.除此之外,相对左手带宽达到48.9％,远远优于传统的左手材料.     

一种新型左手材料的设计和特性研究

通过对左手材料的理论分析,设计了一种宽频带左手材料结构单元.该结构单元由一个矩形闭合环和十字型结构构成的谐振器和金属线组合而成.这种新结构中的谐振器实现负磁导率,金属线实现负介电常量,经过合理的设计,可以在某一频段内使得磁导率和介电常量同时为负,即具有负的有效折射率和正的波阻抗.数值仿真结果表明:在其工作频段内存在一个通带并且在17.6～29.0GHz频率范围内折射率实部为负,而虚部接近于零;同时在该频率范围内波阻抗实部大于零,从而说明了该左手材料具有左手特性.除此之外,相对左手带宽达到48.9%,远远优于传统的左手材料.     

基于蘑菇型结构的双入射超宽带复合媒质材料设计与分析

通过设计一定的单元结构, 可以实现超宽带人工电磁材料. 基于蘑菇型金属结构, 提出了一种同时具有左右手通带无缝结合的超宽带双入射型复合媒质材料结构单元. 该结构由嵌入到介质板的两个反向对称的蘑菇型金属结构组成, 能够同时引发电谐振和磁谐振而得到左手通带. 通过利用CST软件仿真、等效电磁参数提取、折射率计算以及建立等效磁谐振电路模型等方法, 分析验证了该结构的双入射特性和左手特性. 仿真结果表明, 在电磁波垂直于介质板和平行于介质板入射两种情况下, 在X波段均表现出左手通带特性, 并具有1 GHz以上的左手带宽. 当电磁波垂直于介质板入射时, 在7.2 GHz-9.3 GHz频段为右手通带, 在9.3 GHz-11 GHz频段为左手通带; 当电磁波平行于介质板入射时, 在7.0 GHz-9.0 GHz频段为右手通带, 在9.0 GHz-10 GHz频段为左手通带. 在两种情况下分别于9.3 GHz与9.0 GHz处得到了零折射率, 从而构造了一种正-零-负复合媒质材料, 实现了具有3 GHz带宽的双入射超宽带平衡结构.     

基于斜三角开口对环的宽带低耗左手材料

本文将磁谐振环-金属线共面结构与磁谐振环相结合, 提出了一种基于斜三角开口对环结构的新型宽频带低耗左手材料结构. 该结构能产生两个磁谐振, 实现两个双负频段. 研究表明, 调节单元尺寸可使两个双负频段移动重合形成一个宽频带. 理论分析、仿真和测试结果均表明, 本文提出的新形结构在9.3—13.2 GHz频段同时具有负的磁导率和负的介电常数, 相对带宽34.7%, 损耗性能系数347.9, 实现了宽带低耗左手材料. 其研究结果对多频段、宽带低耗左手材料的设计具有重要的指导意义.     

TE10矩形波导中填充金属线阵和铁氧体合成的新型左手媒质

在TE₁₀矩形波导中填充金属线阵和铁氧体合成了一种新型的左手媒质结构.分别使用了转移函数矩阵方法以及全波仿真工具Ansoft HFSS对所提出的结构进行了分析.结果表明,在横向磁化铁氧体等效磁导率实部为负的频段范围内,该合成结构呈现左手通带特性并伴随着后向波的传播现象.由于横向磁化铁氧体的等效磁导率为负的频段范围可调,故所提出的结构具有左手通带范围可调的特性. 关键词： 左手媒质 10矩形波导')" href="#">TE₁₀矩形波导 金属线阵 铁氧体     

基于单面金属结构的二维宽带左手材料

利用将磁谐振器与共面短金属导线相结合的思想,设计了一种基于单面金属结构的二维左手材料. 理论分析与仿真结果均表明该结构在某一频段同时具有负等效磁导率和负等效介电常数,并且相对左手带宽达到36%. 此外,该结构具有良好的容错能力,短金属导线宽度的变化对整体结构的谐振频率及通带宽度影响很小,这不仅有利于实际加工而且对于设计红外及太赫兹频率范围下的左手材料具有参考价值. 关键词： 左手材料 磁谐振器 宽频带 容错性     

具有特定频段的左手材料构造与设计优化

为研究具有特定频段的左手材料设计方法. 首先基于传输线理论构造了一种左手材料微观构型, 采用S参数反演法进行数值仿真和等效传输线模型分析, 说明了该构型在特定的尺寸条件下具有左手特性, 并分析了尺寸参数对左手性能的影响. 进而给出了在给定频率附近具有最大带宽、较小损耗的左手材料设计优化问题的数学模型, 并给出了设计实例. 数值设计结果验证了优化模型的适用性和正确性.     

基于双十字架型宽带低耗小单元左手材料的设计与实验验证

提出了一种利用电谐振器与磁谐振器集成于一体的单面左手介质结构设计方案, 该方案采用两个十字架型金属结构镜像并列放置在介质基板的同一侧形成一个左手单元, 并将其排列成周期结构. 软件仿真和优化提取了一系列有效电磁参数, 结果表明, 该结构在9.4–16 GHz的频率范围内等效介电常数和等效磁导率同时为负, 其相对带宽达到了52%, 并且单元电长度和损耗都小于同类型的结构. 对该结构进行了加工、制作并通过波导法测试再次证明了其优良左手特性的存在性. 为左手材料的广泛应用打下了基础.     

十字环型左手材料单元结构设计与仿真

提出了一种新型十字环型左手材料结构单元.该结构只需在介质板单侧蚀刻, 即可在二维方向上产生等效负介电常数和等效负磁导率.通过理论分析, 提出场-路结合的等效源分析法以计算等效介电常数、磁导率, 并据此对十字环型结构单元的左手特性激发机理进行了论证. 后采用Nicolson-Ross-Weir 等效参数法提取了十字环型单元阵列的相对介电常数和相对磁导率, 并通过棱镜实验对材料的负折射特性进行了验证.实验表明, 该左手材料在6.8-6.9 GHz频段具有二维入射左手特性. 此种左手材料制作工艺相对简单, 为左手材料在微波器件领域的应用提供了一种较为实用的设计方案.     

基于多开口田字形宽频带低损耗左手材料

提出了一种基于多开口田字形单元结构实现材料左手特性的设计方案.该结构是在介质基板单侧集成电、磁谐振器形成左手单元.通过理论分析、软件仿真、加工测试、提取有效电磁参数,结果表明该结构在12.7—21.1 GHz范围内具有双负特性(等效介电常数ε0,等效磁导率μ0),基本覆盖Ku波段,绝对带宽可达8.4 GHz,单元损耗低于0.3 d B.同传统的左手材料相比,该结构以更小的单元尺寸,更低的损耗实现了更宽的左手频带,为宽频带、低损耗微波左手材料的设计及广泛应用提供了重要参考.     

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     

基于矩形谐振环的新型复合周期结构左手材料研究

通过实验及仿真研究了基于矩形谐振环的新型三角形和三矩形开口谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角谐振环和三矩形谐振环（SRRs）为基本单元的周期结构负磁导率材料,结果显示两种谐振环均能产生很好的谐振效果,即能产生负磁导率;设计、制作并实验和仿真研究了三角谐振环和三矩形谐振环金属线复合周期结构左手材料,实验结果分别在9.5—13.3GHz和9.8—12.5GHz出现良好的负折射效应,与仿真结果具有较好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景. 关键词： 左手材料 负折射 三角形谐振环 三矩形谐振环     

新型八边形谐振环金属线复合周期结构左手材料奇异性质研究

通过实验及仿真研究了基于C环的新型八边形开口谐振环金属线复合周期结构左手材料.以金属铜八边形谐振环(SRRs)为基本单元的周期结构负磁导率材料,与闭口环(CSRRs)结果对比发现八边形谐振环能产生很好的谐振效果即能产生负磁导率;复合结构仿真结果显示,八边形谐振环金属线复合结构实现负折射具有可行性.设计、制作并实验和仿真研究了两种尺寸的八边形谐振环金属线复合周期结构左手材料,实验结果显示,分别在9.8—15GHz和9.5—15GHz出现良好负折射效应,表明小尺寸材料负折射频段较宽但整体能量透过率较小.通过与尺寸相近的传统C环样品实验对比发现八边形样品损耗较大,但其负折射区域能量分布比例较大,具有一定的优越性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义,在国防、通信等领域也具有广阔的应用前景.     

双层螺旋环超表面复合吸波体等效电路模型及微波损耗机制

针对超材料吸波频带窄的问题,采用金属螺旋环超表面与碳纤维吸波材料相复合的方式,设计了宽频高性能复合吸波体.研究发现,在碳纤维吸波材料中引入双层螺旋环超表面能显著增强吸收峰值和吸波带宽,且适当增加螺旋环初始线长和吸收层厚度有利于提高复合吸波体的吸波性能, 9.2—18.0 GHz频段的反射损耗均优于–10 dB (带宽达8.8 GHz),吸收峰值达–14.4 dB.利用S参数计算得到螺旋环-碳纤维复合吸波体的等效电磁参数和特征阻抗呈现多频点谐振特性,通过构建双层螺旋环超表面等效电路模型,定量计算了复合吸波体的电磁谐振频点,发现由等效电路模型获得的谐振频点计算值与仿真值基本相符,说明该复合吸波体多频点电磁谐振是宽频电磁损耗的主要机制.     

基于双三角形金属条的二维可衍生超材料性能分析

基于两宽金属条中间引入两交叉细长金属线的双三角形结构, 提出了一种新型二维超材料结构.利用HFSS软件对该结构及其衍生结构进行仿真分析, 结果表明: 该类形结构在电磁波垂直和平行两种入射情况下都能实现双负特性, 通过比较分析归纳出该类形结构的一般规律: 电磁波以垂直和水平两种方式入射时, 中间引入的金属线个数每增加一根, 结构的谐振频率向高频方向分别移动0.5 GHz和4 GHz左右.对多维左手材料的发展提供了参考.     

基于三角谐振环的新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料性质研究

通过实验及仿真研究了三角谐振环组合新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角开口谐振环（SRRs）为基本单元的周期结构负磁导率材料,与闭口环（CSRRs）结果对比发现三角开口谐振环能产生很好的谐振效果即能产生负磁导率,并且多层单元仿真发现多个谐振环耦合能提高谐振频率并加宽谐振频段;设计、制作并实验和仿真研究了三角开口环为基本单元的六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料,仿真结果在98GHz附近出现良好负折射效应,实验验证在93—108 GHz出现良好负折射效应,与仿真结果具有良好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景. 关键词： 左手材料 三角环组成的六边形谐振环 负折射     

Investigation of a patch antenna based on I-shaped left-handed material

The paper investigated a patch antenna based on I-shaped left-handed materials by using the method of finite difference time domain (FDTD). The results show that there exists a wave resonance state at 6.7 GHz, where the real part of the permittivity and permeability are all negative; the effect has largely enhanced the electromagnetic wave's resonance intensity, and has improved the localized extent of electromagnetic energy obviously in such medium, resulting in a higher antenna gain, a lower return loss, and a better improvement of the antenna's characteristics. Due to such advantages, the applications of patch antennas can be extended to such fields as mobile communication, satellite communication, aviation, etc.     

C波段平面异向介质设计及其后向波特性验证

提出了一种工作在C波段的新型平面结构异向介质，它除了带宽宽和损耗小外，还具有体积小、结构简单的优点，而且能够实现工作频段的平移，频率平移范围为4—20 GHz.基于电磁波由自由空间入射半无限大异向介质平板的传输和反射数据，计算出了电波在其中传播时的相速随频率的变化曲线，结果表明所讨论的异向介质确实在预想的频段上表现出后向波特性；同时利用相位观察法进一步验证了上述的后向波特性，从而肯定了异向介质的存在. 关键词： 异向介质 宽频带 小单元 后向波特性