各向异性特异材料波导中表面等离子体的共振性质

使用时域有限差分法,研究了各向异性特异材料(AMM)作为包层的AMM/介质/AMM波导中表面等离子体的共振性质.色散关系表明,当特异材料为负磁导率的always-cutoff型时,AMM/介质/AMM波导支持TE极化的表面等离子体,表面等离子体的波长随着中间介质层的厚度和特异材料磁等离子体频率的减小而变短.在有限长度AMM/介质/AMM波导中,由于两端界面的反射,表面等离子体模在波导中形成Fabry-Perot共振,而实现亚波长的表面等离子体微腔.在共振频率,电场强度在微腔的中部达到最大值,而磁场分别在两端界面处达到最大,电磁能强局域在中间介质层中,这一性质将在可调的具有强局域特性的亚波长微腔及腔量子电动力学中具有潜在的应用.     

近零介电常数材料用于天线口面加载研究

近零介电常数材料常用于口面加载以修正天线波前相位,提高口径效率。在对以往金属线阵周期结构研究基础上,提出了介质镀膜板周期结构的近零介电常数材料,并基于NRW本构参数法计算得到了该材料的等效介电常数,依据口面相位差平方和最小原则研制了中空形式的介质镀膜中空板加载结构。实验结果表明,X波段角锥天线加载后其主轴增益最大提高了1.8 dB,口径效率从原有0.4提高至0.6以上,相对工作带宽大于10%。     

各向异性超常介质中的反常线性现象

从麦克斯韦方程组出发,结合超常介质的特殊性质,分析了电磁波在一种具有线性色散关系的各向异性超常介质中的传播特性。在线性色散关系的情况下,得到了超常介质的介电张量和磁导率张量各元素之间的条件表达式。根据能量守恒定律和电磁场的边界连续性条件,在横电波(TE)和横磁波(TM)入射时,分析了折射波矢和能流与入射波矢和能流方向之间的关系。发现无论是TE波还是TM波,在这种介质中传输时,都产生了光准直的现象,且TE波和TM波的传输方式是相反的。     

三维各向异性超常媒质交错结构的亚波长谐振特性研究

以填充各向异性超常媒质矩形波导中的电磁场解为基础,通过建立与求解填充各向异性超常媒质交错结构的矩形谐振腔的谐振方程,深入研究了三维各向异性超常媒质交错结构的亚波长谐振特性.结果发现,三维各向异性超常媒质交错结构的亚波长谐振条件具有更为多样性的物理解,在固定参数下,其物理解的个数往往超过一个,还针对谐振结构的横向尺寸对亚波长谐振条件的影响进行了讨论.结果表明,随着横向尺寸的减小亚波长谐振条件的物理解数量将逐渐增多直至趋于无穷.这意味着即使超常媒质的本构参数无法控制,仍然可以通过调节谐振结构的横向尺寸来得到亚波长谐振腔. 关键词： 各向异性 超常媒质 交错结构 亚波长谐振     

Propagation of polarized photons through a cavity with an anisotropic metamaterial

We present a theoretical study of the propagation properties of polarized photons passing through the cavity with an anisotropic metamaterial. We find that the resonant peaks of transmission appear for photons polarized in a certain direction corresponding to a negative element of the permittivity tensor. This indicates the potential for applying such cavity structures as filters for photons with certain polarizations. The resonant peak of transmission for photons having a given frequency can be achieved by adjusting the thicknesses of the air and metamaterial. If the frequency of the incident photons and the thickness of the metamaterial are fixed, the cavity structure can be used as a photon switch controlled by the thickness of the air. The effect of the absorption is considered, and the result shows that the transmission peak always appears, even for metamaterials with large absorption. Finally, the polarization manipulation of such structures is explored.     

基于磁谐振器加载的宽频带超材料吸波体的设计

基于加载集总元件的磁谐振器设计了一种宽频带、极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体.该吸波体的结构单元由加载集总元件的磁谐振器、介质基板和金属背板组成.仿真得到的加载集总元件和不加载集总元件情况下一维阵列结构吸波体的吸收率表明,相对于不加载集总元件的情况,加载集总元件的一维阵列结构吸波体能够实现宽频带吸波.仿真得到的集总电阻和集总电容取不同值时一维阵列结构吸波体的吸收率表明,集总电阻和集总电容都存在一个最佳值,此时吸波体的吸收率最高、吸收带宽最宽.仿真得到的基板有耗和无耗情况下一维阵列结构吸波体的吸收率表明, 关键词： 磁谐振器 集总元件 宽频带 超材料吸波体     

Design of double-layer active frequency-selective surface with PIN diodes for stealth radome

An experimental double-layer active frequency-selective surface(AFSS) for stealth radome is proposed. The AFSS is a planar structure which is composed of a fixed frequency-selective surface(FSS), a PIN diodes array, and a DC bias network. The AFSS elements incorporating switchable PIN diodes are discussed. By means of controlling the DC bias network, it is possible to switch the frequency response for reflecting and transmitting. Measured and simulated data validate that when the incidence angle varies from 0?to 30?the AFSS produces more than-11.5 d B isolation across6–18 GHz when forward biased. The insertion loss(IL) is less than 0.5 d B across 10–11 GHz when reverse biased.     

S波段超材料完全吸收基板微带天线

设计了基于树枝状结构单元模型的完全吸波超材料,并将此树枝状结构完全吸波超材料作为微带天线的基板,制备了S波段超材料完全吸收基板微带天线,模拟和实验结果表明,窄带和宽带完全吸波超材料都可提高微带天线的定向性和增益,性能得到了明显改善.经过优化设计S波段超材料完全吸收基板微带天线的增益相比普通微带天线提高了1.8 dB,相当于有效辐射功率提高了51%.表明将完全吸波超材料作为天线的基板,可以明显改善天线性能. 关键词： 树枝状结构 微带天线 完全吸波材料 增益     

The effect of a non-aligned unit on double-screen frequency-selective surface transmission characteristics

Double-screen frequency-selective surfaces (FSSs) can bring about a better flattened effect and a rapidly declining edge. They are therefore an effective means to achieve outer-zone stealth of the radar cabin to detect radar waves. In this article, a double-screen wide-bandpass FSS structure is designed and the transmission characteristics of the units under alignment and non-alignment are simulated by means of the spectral domain approach. Meanwhile, the experimental parts fabricated by vacuum evaporation and lithography are tested in a microwave chamber. The results show that the aligned unit structure has good incident angle stability and can achieve high transmittance when the bandwidth is 3.3 GHz, and the transmission loss is less than 1 dB. When the units have a non-aligned structure, the bandwidth decreases and transmission loss increases with increasing incident angle.     

基于超材料吸波体的低雷达散射截面微带天线设计

设计了一种高吸波率、宽入射角、无表面损耗层的超材料吸波体, 并将其用于微带天线的带内雷达散射截面(radar cross section, RCS)减缩.实验结果表明: 设计的吸波体的厚度为0.3 mm, 吸波率达99.9%, 相比普通微带天线, 加载该吸波体后的天线在工作频带内法向RCS减缩都在3 dB以上, 最大减缩16.7 dB, 单站RCS在-30°–+30° 角域、双站RCS在-90°–+90°角域减缩超过3 dB, 且天线辐射性能保持不变. 证实了该吸波体具有良好的吸波效果, 可以应用于微带天线的带内隐身. 关键词： 超材料吸波体 微带天线 雷达散射截面     

A wideband metamaterial absorber based on a magnetic resonator loaded with lumped resistors

<正>A wideband metamaterial absorber（MA） based on a magnetic resonator loaded with lumped resistors is presented. It is composed of a one-dimensional periodic array of double U-shaped structured magnetic resonators loaded with lumped resistors,a dielectric substrate,and a metal plate.We simulated,fabricated,measured,and analyzed the MA. The experimental results show that the reflectance(S₁₁) is below -10 dB at normal incidence in the frequency range of 7.7 GHz-18 GHz,and the peak value is about—20 dB.Simulated power loss density distributions indicate that wideband absorption of the MA is mainly attributable to the lumped resistors in the magnetic resonator.Further investigations indicate that the distance between two unit cells along the magnetic field direction significantly influences the performance of the MA.     

基于超材料的吸波体设计及其波导缝隙天线应用

设计了一种基于超材料电磁特性的吸波体, 并将其应用于波导缝隙天线. 该吸波体是由两层金属及其中间的有耗介质组成, 上层金属是由刻蚀交叉缝隙的贴片形成的电谐振器, 下层金属不刻蚀, 作为整个金属地板. 通过优化结构参数, 得到了一种极化不敏感、宽入射角的超薄吸波体, 吸波率达到99.1%, 厚度只有约0.01λ. 将该吸波体应用与波导缝隙天线, 在5.48-5.7 GHz工作频段内, 天线雷达散射截面减缩都在3 dB以上, 在鼻锥方向的-25°-+25°范围的角度上, 天线雷达散射截面减缩均在5 dB以上, 雷达散射截面减缩最大超过12 dB, 而天线前向增益仅降低了0.53 dB. 实验结果与仿真结果符合得较好, 证实了该吸波体具有好的天线雷达散射截面减缩效果, 可以应用于天线目标的隐身.     

组合振子天线磁偶特性实验研究

通过对组合振子的实验研究,验证了磁偶极子回路所具有的优势：能够极大地改善天线低频传输以及辐射特性,具有明显的低频补偿能力。此外,通过设置磁偶回路周长比,比较了不同磁偶回路状态下的天线特性,发现双磁偶回路对于低频特性的改善要优于单磁偶回路,后者的优势主要体现在高频。根据这一现象,采用单磁偶回路结构设计工作频带为300 MHz~5 GHz组合振子接收天线。     

组合振子天线磁偶特性实验研究

通过对组合振子的实验研究,验证了磁偶极子回路所具有的优势:能够极大地改善天线低频传输以及辐射特性,具有明显的低频补偿能力。此外,通过设置磁偶回路周长比,比较了不同磁偶回路状态下的天线特性,发现双磁偶回路对于低频特性的改善要优于单磁偶回路,后者的优势主要体现在高频。根据这一现象,采用单磁偶回路结构设计工作频带为300MHz~5GHz组合振子接收天线。     

具有极化选择特性的超材料频率选择表面的设计

基于超材料结构的设计理论,通过长金属线周期阵列和具有Lorentz谐振形式等效介电常数的金属短线的组合可频率选通特性.由不同周期排布和结构尺寸的长金属线和金属短线组合而成的频率选择表面具有不同频段的选通特性.文章提出了双层及单面两种具有极化选择特性的频率选择表面,两种结构均可实现对特定频段TE及TM波选通.具有极化选择特性的超材料频率选择表面的设计为极化滤波器以及极化波产生器的设计提供了借鉴. 关键词： 频率选择表面 超材料 极化选择     

基于电阻型频率选择表面的低频宽带超材料吸波体的设计

基于电阻型频率选择表面(Resistance Frequency Selective Surface, RFSS) 设计了一种低频宽带、 极化不敏感和宽入射角特性的超材料吸波体. 该吸波体的基本单元由开槽十字型平面超材料(Cave Cross Planar Metamaterial, CCPM)、 RFSS、 电介质基板和金属背板组成. 采用FDTD方法数值模拟得到的结果表明: 相比于单纯的CCPM吸波体、 RFSS吸波体, CCPM和RFSS复合结构吸波体低频吸收特性得到极大改善, 在整个1-5 GHz频率范围内, 吸收率大于80%, 吸收峰值达到98%以上. 数值模拟得到的不同极化角和不同入射角下的吸收率表明: 该复合结构吸波体具有极化不敏感和宽角度吸收特性.     

一种新颖的变异开口谐振环双频带磁谐振特异材料

根据磁谐振等效电路原理,设计出了工作在X波段的基于变异开口谐振环(split ring resonators)结构的新型双频带磁谐振特异材料.由于内外环间具有弱耦合的优越特性,所提出的磁谐振特异材料的两个工作频点可以较为方便地调节.该研究成果为特异材料的多频带、宽带化提供有益的的研究思路和设计方法. 关键词： 磁谐振特异材料 双频带 弱耦合     

基于超材料吸波体的低雷达散射截面波导缝隙阵列天线

提出利用超材料吸波体减缩波导缝隙阵列天线带内雷达散射截面的设计方法. 设计具有超薄(厚度仅为0.01λ, λ为吸波体中心频率对应波长)、无表面损耗层和高吸波率的超材料吸波体, 将其加载到波导缝隙天线E面方向辐射缝隙间的金属表面上, 并与辐射缝隙保持一定的间距. 该加载方式没有破坏天线的口径馈电振幅分布, 并利用超材料吸波体对电磁波的强吸收特性降低了天线阵的结构模式项散射. 仿真和实验结果表明, 加载超材料吸波体后天线阵的反射系数、增益、波瓣宽度保持不变, 在x极化和y极化条件下, 波导缝隙阵列天线的带内雷达散射截面减缩量均在6 dB 以上, 且在-25°-+25°范围内天线雷达散射截面均有明显的减缩, 鼻锥方向减缩超过10 dB. 该研究成果对阵列天线雷达散射截面减缩具有重要的借鉴意义和工程应用价值.     

Three-dimensional surface current loops in broadband responsive negative refractive metamaterial with isotropy

We propose a bulk negative refractive index (NRI) metamaterial composed of periodic array of tightly coupled metallic cross-pairs printed on the six sides of a cube for applications of superlenses. The structural characteristics of the three-dimensional (3D) metamaterial consist in the high symmetry and the superposition of metallic cross-pairs, which can increase the magnetic inductive coupling between adjacent cross-pairs and realize a broadband and isotropic NRI. The proposed 3D structure is simulated using the CST Microwave Studio 2006 to verify the design validity. The simulation results show that the proposed structure can not only realize simultaneously an electric and magnetic response to an incident electromagnetic (EM) wave, but also exhibit a broadband NRI whose relative bandwidth can reach up to 56.7%. In addition, the NRI band is insensitive to the polarization and the incident angle of the incident EM wave. Therefore, the proposed metamaterial is a good candidate material as three-dimensional broadband isotropic NRI metamaterial.