异向介质谐振响应的Floquet模分析

将开口谐振环单元的场分布利用Floquet模展开,从电磁波传播角度揭示了凋落模引起异向介质谐振响应的事实.数值计算了任意平面电磁波照射下异向介质的传输特性.研究表明,对于来自主平面上的垂直或平行极化的入射波,具有相同极化方式的Floquet透射模将发生谐振,并且磁谐振和电谐振将随着入射角的不同而改变.而对于来自其他入射平面的电磁波,两种极化的Floquet透射模将共同发生谐振. 关键词： 开口谐振环 异向介质 Floquet模 谐振     

复合左右手技术的二元阵天线的计算及测量

为了克服微带天线的横向尺寸需要满足半个波长的限制,本文提出了一种基于复合左右手传输线技术的二元阵天线.该天线阵由结构相同的两个天线阵单元构成:天线阵单元由3个辐射片、辐射片之间的交指电容和导通辐射片和接地板的短路针组成.辐射片、短路针、天线阵的基片和接地板构成了复合左右手传输线结构.天线阵单元之间通过弓形连接线连接,通过调节弓形连接线两个端口到馈源之间的距离来调节天线阵单元之间的初始相位差.在关心频段内,数值计算得到的二元阵天线的S参数与实际测量结果符合得很好,并且零阶谐振频率与用等效电路理 关键词： 天线 异向介质 左右手传输线 增益     

加载异向介质非辐射介质波导中的慢波传输及应用

将开口谐振环作为加载单元,分析了含有开口谐振环结构非辐射介质波导的新型传输特性.由于异向介质的双各向异性效应,纵剖面磁波型和纵剖面电波型在此新型非辐射介质波导中的传输速度能够减慢,甚至达到零速度.对于波导中的能量关系也进行了分析,研究表明,在一定情况下,慢波传输将引起功率流动的增强.这些特性使得此新型非辐射介质波导更能满足小型化的设计要求. 关键词： 开口谐振环 异向介质 非辐射介质波导 慢波传输     

新型电谐振人工异向介质抑制阵列天线单元间互耦

基于电谐振原理和镜像原理设计了一种周期性接地边耦合SRRs(split ring resonators)结构的新型电谐振人工异向介质,进而将该人工异向介质应用于抑制微带阵列天线元间的互耦.与传统微带阵列天线中的用于抑制互耦的电磁结构相比,该人工电磁结构不仅体积小(厚度仅为0·005λ0),而且能获得优异的阵列单元间互耦抑制性能(抑制度达16·8dB).该研究成果表明人工异向介质在高密度高性能微带天线阵列设计中具有良好的应用潜能.     

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.     

基于异向传输线的亚波长谐振腔设计

 提出了一种新型的谐振腔,该谐振腔的谐振条件与普通谐振腔不同,其两个端面的总相移不必是180°的正整数倍。这种谐振腔由异向传输线和右手传输线两种不同性质的传输线级联构成,它利用耦合腔链作为异向传输线实现负相移,同轴波导作为右手传输线实现正相移,使谐振腔两个端面的总相移为零,满足谐振腔的谐振条件。由于它与传统谐振腔谐振条件不同,理论证明这种谐振腔的长度可远远小于传统谐振腔,设计实例的仿真结果表明这种新型谐振腔的长度最短仅为传统谐振腔的1/7。     

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     

异面带状线馈电的宽带双极化蝶形天线

针对通信与雷达系统对双极化与宽带天线的要求,提出了一种基于带状线馈电的双极化蝶形天线。通过两对互相正交的蝶形阵子实现了天线的双极化,并采用一种新型的微带线转异面带状线的巴伦给两对正交蝶形阵子平衡馈电。异面带状线为平衡传输线,满足了蝶形阵子对于平衡馈电的要求。在馈电点处由同轴线对微带线馈电,经渐变微带线转化为异面带状线,最后由两组异面带状线给两对正交蝶形阵子馈电。测得该天线实现了69.23%的阻抗带宽,在6.8~14GHz频带内电压驻波比(VSWR)小于2。为使天线单向辐射且改善天线增益,将天线放置于反射吸收腔内。测得天线在6.8~18GHz的频宽内VSWR基本小于3,天线增益在8~12GHz频带内大于0.11dB,天线前后瓣比大于15dB。因此,所提出的双极化蝶形天线可用于宽带通信系统中。     

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     

具有双陷波特性的超宽带天线设计

设计了一款基于共面波导馈电的小型化具有双陷波特性的超宽带天线,该天线的带宽在3～14 GHz内,电压驻波比(VSWR)小于2。在辐射贴片上通过开L型和半圆环缝隙实现了在3.3～3.7 GHz和5.150～5.825 GHz的双频段的陷波特性,抑制了802.16无线城域网和无线局域网对超宽带系统的干扰,在整个工作频段具有稳定的增益和良好的全向性。通过对天线模型进行加工制作并测量,测试结果表明:天线的带宽是3～14 GHz,在3.3～3.7 GHz和5.15～5.825 GHz频段内VSWR大于4,实现了天线的双陷波特性。该天线尺寸小、结构紧凑的特点,适合现代的无线通信系统。     

基于液晶的U波段电控移相超材料

基于液晶材料(LC)的双折射特性提出了一种基于液晶材料的短十字型阵列电控超材料,超材料包括了上层石英板,金属结构阵,中间液晶介质层,金属地板以及下层石英板。相比于传统的阵列天线设计,运用了新的相位补偿方法,即通过加电改变反射阵列单元的介质基板液晶的介电常数得到的相位曲线实现0~250°的相位补偿,使得超材料实现在U波段的相位变化。仿真结果表明,通过将偏压从0增加到14 V,超材料在52 GHz时呈现250°的相移。此外,此超材料的谐振频率可从53.6 GHz连续可逆地转移到49.9 GHz。通过调节超材料液晶激励区域的介电常数即改变阵列单元的谐振特性,实现了相位补偿,为平面反射阵列天线的设计提供了一种新思路。     

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.     

Tunable broadband metamaterial absorber consisting of ferrite slabs and a copper wire

A tunable broadband metamaterial absorber is demonstrated at microwave frequencies in this paper.The metamaterial absorber is composed of ferrite slabs with large resonance beamwidths and a copper wire.The theoretical analysis for the effective media parameters is presented to show the mechanism for achieving the perfect absorptivity characteristic.The numerical results of transmission,reflectance,and absorptivity indicate that the metamaterial absorber exhibits a near perfect impedance-match to free space and a high absorptivity of 98.2% for one layer and 99.97% for two layers at 9.9 GHz.The bandwidth with the absorptivity above 90% is about 2.3 GHz.Moreover,the absorption band can be shifted linearly in a wide frequency range by adjusting the magnetic bias.This metamaterial absorber opens a way to prepare perfectly matched layers for engineering applications.     

基于发卡式开口谐振环的柔性双频带超材料

本文设计了一种基于开口谐振环(split ring resonator, SRR)混合排列单元格的小型化双频带超材料(metamaterial, MM). 该MM的单元结构为发卡式SRR, 所设计的双频带MM可以应用于无线局域网(2.4 GHz) 和全球微波互联接入(3.5GHz)系统. 并且, 采用柔性介质作为基板增加了MM的柔韧度和普适性, 实验和测试结果表明: 双频带MM的中心频率可以通过调节SRR的尺寸进行控制. 此外, 本文也对MM在不同入射角的情况进行了分析, 结果表明MM对入射角度不敏感.最后, 通过MM的表面电流分布情况研究, 进一步解释了其双频带谐振频率的产生原理.     

A compact square-shaped left-handed passive metamaterial with optimized quintuple resonance frequencies for satellite applications

The research aims to develop a more sophisticated novel left-handed and compact square-shaped metamaterial (SM) inspired multi-frequency bands like C-, X- and Ku-band applications. Even though the performance of existing satellite application devices are adequate, significant changes in technology over the past decades require advanced and more accurate techniques or devices. Hence, we approach the problem with a broader perspective by integrating a metamaterial structure in satellite application devices. As a general rule, the unconventional material known as metamaterial has extraordinary electromagnetic properties which are impracticable in commercially available materials. It represents an important study topic because this type of peculiar material is generally used in many field applications which encouraged us to experiment with the stated frequency bands by introducing a novel SM design. The novel SM design structure involved a 1.6 mm Epoxy Resin Fibre (FR-4) substrate material. This compact metamaterial design contains nine square rings with an altered small square ring joined in it. The numerical simulation of the SM design for satellite frequencies was performed using the Computer Simulation Technology (CST) Microwave Studio. The scattering parameters of the suggested SM design were determined by utilising Finite Integration Technique (FIT) in CST software. Several parametric studies that were analysed in this study include various design structure, types of substrate materials and SM array arrangement. Based on the adapted simulated frequency range (4 to 18 GHz), the unit cell SM exhibited five resonance frequencies at 5.49 and 7.33 GHz (in C-Band), 9.05 and 11.38 GHz (in X-Band) and 13.48 GHz (in Ku-Band). The measured resonance frequencies of the unit cell were 5.62 and 7.39 GHz (in C-Band), 9.15 and 11.32 GHz (in X-Band) and 13.51 GHz (in Ku-Band). The resonance frequencies obtained from both methods were similar. According to all three resonance frequencies, the SM design manifested a left-handed characteristic. Hence, on this basis, the proposed SM design with unique characteristics is deemed suitable for C-, X- and Ku-bands applications.     

Metamaterial Superstrate and Electromagnetic Band-Gap Substrate for High Directive Antenna

A high directive planar antenna made from a metamaterial superstrate and an electromagnetic band-gap (EBG) substrate has been investigated. A patch antenna surrounded with EBG structures is used as the radiation source. The CST Microwave Studio is used for the simulation. The results show that the gain of the antenna with metamaterial is 21.6 dB at the operating frequency of 14.6 GHz. Compared with the patch feed with the same aperture size but without the metamaterial superstrate, the performance of the antenna is improved obviously and the gain increases about 12.4 dB.     

基于电磁谐振的极化无关透射吸收超材料吸波体

仿真并实验验证了基于电磁谐振的极化无关透射吸收超材料吸波体, 该吸波体可以实现低频透射和高频吸收.实验测试结果表明, 该吸波体在6.77 GHz 吸收率峰值为83.6%, 半功率带宽为4.3%, 实现窄带强吸收.为进一步拓展该谐振型超材料吸波体的吸收带宽, 利用其低频透射特性, 将两个工作于不同频段的吸波体叠加在一起, 测试结果表明, 复合后超材料吸波体的半功率带宽可以增大到10.9%, 吸收率也略有增强. 该超材料吸波体设计简单, 具有较强的实用性和应用前景. 关键词： 极化无关 透射吸收 超材料吸波体     

The research of high-directive anisotropic magnetic metamaterial antenna loaded with frequency-selective surface

This paper uses a Computer Simulation Technology microwave studio to simulate the performance of a new high-directivity anisotropic magnetic metamaterial antenna loaded with a frequency-selective surface. Frequency-selective surface with cross-dipole element has a great effect on the directivity, radiation pattern, and gain of such an antenna. The experimental results show that frequency-selective surface (FSS) significantly improve the radiation performance of anisotropic magnetic metamaterial antenna. For example, as a single anisotropic magnetic metamaterial antenna, half power beam width is 4 degrees in the H planes, and the gain of this antenna is 19.5 dBi at 10 GHz, achieving a 2.1 degree increment in half power beam width, and a 7.3 dB gain increment by loading with the FSS reflector. The simulating results are consistent with our experimental results.     

宽带超薄完美吸波体设计及在圆极化倾斜波束天线雷达散射截面缩减中的应用研究

为了缩减天线带内雷达散射截面(radar cross section, RCS), 在双频带完美吸波材料的基础上, 通过缩小两吸波率峰值之间的距离, 设计出了一种频带较宽的超薄完美吸波体.该吸波体由两层金属及其中间的有耗介质组成, 底面金属不刻蚀, 顶面由方形贴片和绕其四周的开口方环组成, 该结构具有低频点LC谐振和高频点偶极子谐振的特征.仿真和实验结果表明: 该吸波体具有极化不敏感和宽入射角的特征, 其在厚度小于0.01λ的条件下, 具有8.2%的半波功率相对带宽, 最大吸波率的峰值为91.6%和96.5%. 将吸波体用于圆极化的倾斜波束 (tilted beam, TB)天线, 仿真和测试结果表明: 该天线在保持增益不变的条件下, 不仅轴比得到改善, 有效带宽得到拓展, 且在5.5–6.5 GHz范围内TB天线的RCS缩减至少在3 dBsm以上, 在谐振频点处最大缩减幅度分别为11 dBsm和8 dBsm; 在两谐振点处鼻锥方向-36°–+36°范围内, TB天线的RCS缩减均有明显效果. 关键词： 超薄完美吸波体 TB天线 雷达散射截面 圆极化     

小型化电谐振人工特异材料研究

详细分析了电谐振人工特异材料设计原理,并结合等效电路模型通过加载等效电感、等效电容和接地等方法,将相同尺寸的工字形结构工作频率从12.21 GHz降到了5.46 GHz,小型化效果明显.该成果不仅对于不同结构人工特异材料小型化设计提供了重要的参考,同时也为设计不同性能、不同工作频率的人工特异材料提供了明确的研究方向和有效的途径.