一种结构简单的二维左手材料设计及仿真研究

基于产生负介电常数的周期性金属线单元结构,讨论了金属线长度和宽度的变化对负介电常数的影响.在入射波的波矢k方向上放置两个单元结构,使两单元中的金属线响应入射波的磁场产生负磁导率,就可得到一维左手材料.若保持电边界条件的位置不变而调换波端口和磁边界条件位置,即入射波的波矢k转过90°角,两单元结构同样具有左手特性,从而可实现二维左手材料.     

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     

自由空间中左手材料传输特性的仿真研究

研究了左手材料的传输和反射特性,介绍了所仿真的样品形式和测量系统,并采用高频构造仿真方法(HFSS)在已有自由空间宽频测量的基础上进行理论仿真。结果表明：S参量的数字仿真与实验测量结果在宽频条件下达到了较好的一致性;测量中产生的损耗主要归因于铜线结构有限的电导率;理论上左手材料的最佳无损工作频段应高于谐振环的谐振频率。     

自由空间中左手材料传输特性的仿真研究

 研究了左手材料的传输和反射特性,介绍了所仿真的样品形式和测量系统,并采用高频构造仿真方法(HFSS)在已有自由空间宽频测量的基础上进行理论仿真。结果表明：S参量的数字仿真与实验测量结果在宽频条件下达到了较好的一致性;测量中产生的损耗主要归因于铜线结构有限的电导率;理论上左手材料的最佳无损工作频段应高于谐振环的谐振频率。     

基于双环开口谐振环对的平面周期结构左手超材料

通过理论分析和实验仿真,研究了用双环开口谐振环对（double split-ring resonator pairs,DSRRP）实现平面左手超材料的原理,用等效电路理论解释并描述了其负介电常数和负磁导率的产生机理,并对DSRRP在3维左手超材料设计的应用进行了探索性研究.结果表明,DSRRP可以实现小尺寸的平面左手超材料,此外,DSRRP还可以作为用以实现3维左手超材料负磁导率的3维各向异性磁超材料. 关键词： 双环开口谐振环对 平面左手超材料 3维磁超材料     

基于平行金属条的左手结构设计与仿真研究

基于双平行金属线结构,将金属线宽度增大,变为金属条,同时在金属条结构单元中部引入缺口,使中部变细.由于等离子体效应,该双平行金属条结构在一定频段等效介电常数为负;又由于单元结构中部较细,使得该结构在一定频率会发生强烈的磁谐振.通过模拟仿真研究发现这种结构在X波段可以实现ε和μ同时为负.出现双负（ε<0,μ<0）的频段会随着谐振频率的变化而变化.理论分析表明谐振频率与金属条宽度、缺口高度及中部宽度有关,仿真结果同分析一致. 关键词： 左手材料 磁谐振 负磁导率 平行金属条     

左手材料漫谈

左手材料是近年来国际物理学和电磁学的～个研究热点,是一个全新的领域。众所周知,介质的电磁特性可以用介电常数ε和磁导率μ这两个宏观参数来描述。对于通常介质ε〉O,μ〉O时,电场、磁场和波矢量之间满足右手螺旋关系,称为右手材料;而对于ε〈0,μ〈O的介质,电场、磁场和波矢量之间则满足左手螺旋关系,这样的介质被称为左手介质,     

左手材料和负折射率

对于左手材料折射率的符号取法做了详细的分析,给出了n=εμ的来源.     

基于双Z形金属条的双入射型左手材料研究

提出了一种新型二维左手材料结构单元,该结构由介质板及其两侧放置的两个反向对称的Z形金属条组成.在电磁波垂直于介质板和平行于介质板入射两种情况下,这种结构单元于X波段均表现出左手通带特性.通过模拟仿真,提取等效电磁参数,建立等效磁谐振电路模型,分析验证了该结构的左手特性.并将双Z形结构与相似的工字形结构相比较,发现在电磁波垂直入射时两种结构均出现相似的左手通带,而在电磁波平行入射时,只有双Z形结构实现了双负特性.结果表明这种双Z形左手单元结构具有更优越的电磁波入射适应特性,即实现了双入射型左手结构单元. 关键词： 双Z形结构 二维 左手材料 双入射     

非线性左手材料中的二次谐波

基于电磁场理论，推导了无耗非线性左手材料中二次谐波的曼利－诺关系，及相位匹配条件下正向基波与逆向二次谐波的能量转换过程及其空间分布.验证了可将无耗非线性左手材料的入射面作为反射镜，把能量以二次谐波的形式反射.同时分别给出有限厚度介质板中基波和二次谐波的场强分布数值结果，验证了结论的正确性.最后从相位失配角度说明了相位匹配是分析非线性左手材料二次谐波的重要条件.这为研究左手材料的非线性理论奠定了基础.     

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.     

一种基于金属开口谐振环和杆阵列的左手材料宽带吸收器

用数值仿真在微波X波段研究了金属开口谐振环和杆阵列这一最基本的谐振结构.通过合理的参数调节,这种结构在10.91GHz附近可以表现出高达98%的吸收率,并且半高峰宽达到3.5GHz.用散射参量提取法计算其有效电磁参数,发现在谐振频率附近其介电常数、磁导率和折射率的实部均为负值.相比于传统的左手材料,这种结构的电磁参数在谐振区域均具有较大的虚部,是形成高吸收率的根本原因.本文的左手材料吸收器在电磁加热、电磁隐身等领域具有许多潜在的应用.     

谐振频率可调的环状开口谐振器结构及其效应

理论和实验研究表明，开口谐振环(SRRs)中可以激励磁谐振从而实现负磁导率.通过在SRRs结构中引入与其开口边平行的金属短杆设计并制备了新的磁谐振单元，采用波导法系统研究了短杆对SRRs和左手材料的微波透射特性以及左手效应的影响.实验和数值模拟表明：金属短杆和SRRs开口边形成附加电容，导致SRRs开口电容增大从而引起谐振频率降低.随短杆长度l和短杆与SRRs间距d的增大，SRRs谐振频率也随之减小和增加.短杆的加入不影响SRRs的负磁导率特性，改变短杆与SRRs间距d< 关键词： 开口谐振环 金属短杆 调控 左手材料     

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.     

太赫兹波段谐振频率可调的开口谐振环结构

开口谐振环(SRRs) 结构可以激励磁谐振, 实现负的磁导率. 提出在SRRs两环间隙内引入相对交错的金属短线, 并研究了金属短线对谐振频率的影响. 结果表明: 随着金属短线数目的增多, 谐振频率显著降低, 同时金属短线的结构参数如长度、宽度及间距也会对谐振频率产生影响. 最后验证了金属短线的引入对减小器件尺寸有明显作用, 且不因介质基底的存在而受到影响. 新型磁谐振单元可为今后超材料的设计及实际应用提供新的参考. 关键词： 左手材料 开口谐振环 太赫兹 小型化     

THz频段单面左手材料的设计及仿真研究

本文运用等效参数提取方法验证了双线螺旋结构在不同频率处不仅能够实现负的磁导率, 而且可以实现负的介电常数. 在电磁波平行和垂直入射到双线螺旋结构表面两种情况下, 发现其负介电常数的形成机理相同. 以往的单面左手材料的研究仅仅局限于微波波段, 通过改进双线螺旋结构, 在THz频段设计出一种新型单面左手材料, 同时利用LC等效电路解释了其设计原理. 一般的左手材料是由刻蚀在基板两侧的电谐振器和磁谐振器组合而成的复合结构, 与这些复合结构相比, 这种新型单面左手材料具有低损耗, 结构简单, 易于加工等优点.     

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.     

非线性左手材料的时域研究

 分析了非线性左手材料模型,推导了非线性左手材料中的时域有限差分法及完美匹配层的计算式。数值模拟了具有Kerr非线性效应的左手材料平板中的电磁波。观察到该材料同样具有电磁聚焦特性。对比线性左手材料,其聚焦点的幅度和位置都会发生偏移。同时改变波源的强度及其到平板边界距离,讨论了不同距离情况下该非线性左手材料平板对电磁波分布的影响。当波源距离材料平板足够远,通过非线性左手材料聚焦的电场强度几乎集中在其外表面。