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     

电谐振器和磁谐振器构成的左手材料的实验验证

加工、制作和测试了由电谐振器和磁谐振器构成的左手材料.首先分别测试了电谐振器、磁谐振器各自的传输频谱,得到各自的负参数区域,然后测试了由电谐振器和磁谐振器构成的左手材料的传输频谱,并提取了其等效介电常数和磁导率.实验结果表明,在电谐振器和磁谐振器各自传输禁带的重合区域,出现了一个通带,在该通带内,等效介电常数和磁导率同时为负,验证了材料的左手特性.     

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.     

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     

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.     

基于小型化结构的各向同性负磁导率材料与左手材料

提出了一种双面环各向同性结构单元模型, 理论与实验研究了其微波电磁谐振行为. 结果表明: 在电磁波平行入射和垂直入射条件下, 该结构可在同一频段实现磁谐振, 且在谐振频段磁导率为负; 当电磁波以不同角度斜入射时, 其产生负磁导率频段也保持不变, 即该结构的电磁特性不依赖于入射角度, 双面环结构具有各向同性的特点. 将双面环结构与金属线结构组合, 该组合结构具有负折射率. 另外,双面环结构还具有小型化的优点, 在不增加结构单元几何尺寸的情况下, 通过在结构单元中引入金属化过孔的方法, 增加结构单元的电长度, 可使谐振频率大幅度地向低频方向移动, 使其在低频工作时 仍保持小型化的优点. 在双面环结构中引入金属化过孔技术可使谐振单元的几何尺寸减小50%, 在微波器件、滤波器、天线等领域有广阔的应用前景.     

Broadband planar left-handed metamaterials using split-ring resonator pairs

In this paper, we showed that split-ring resonator (SRR) pairs can be used as broadband planar left-handed metamaterials (LHMs). Simulations were carried out for one layer of infinite LHM slab using SRR pairs. The results showed that by carefully adjusting dimensions of the SRR pairs, magnetic and electric resonances can be coexistent at some frequency ranges and in the frequency range where there are both negative magnetic and electric responses, there is a broad LH band. Equivalent circuits for the magnetic and electric resonance were offered to give a qualitative and quantitative explanation of the LH behaviors of LHMs using SRR pairs.     

同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料

基于用一种结构同时实现材料介电常数和磁导率为负的思想，提出了H型结构单元左手材料模型.采用矩形波导法测试表明，H型结构单元在微波频率范围出现左手透射峰，并且可以由参数t对左手特性区域进行调控.同时利用相位法、棱镜折射法和散射参量法从实验和理论证明了在左手透射峰区域材料的折射率为负值，介电常数和磁导率亦同时为负.相对由金属开口谐振环与金属线两种结构组合实现的左手材料，H型结构集磁谐振与电谐振于一体，结构简单、制备方便，对微波器件左手材料表现出更多的优越性.     

左手材料微结构构型的传输线比拟模型

提出了基于传输线比拟模型的左手材料微结构设计方法,并对此进行了分析、验证.首先根据已有的具有左右手性质的基本传输线模型,通过类比构建了具有左手性质的新模型,进而通过定性分析传输线网络中的各元件与微结构连续介质构型的形状及尺寸的对应关系,推断出模型中各部分的具体尺寸,从而得到了一个合理的左手材料微结构构型及其对应的传输线比拟模型.对设计的模型进行了实验测试,验证了模型确实具有左手性质.最后,通过数值模拟和实验,研究了微结构的各个尺寸参数对材料出现左手性质的带宽和频段的影响,确定了微结构中对左手性质影响最大的尺寸参数.     

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.     

左手材料的反射特性与负折射率行为

利用平板波导法研究了不同入射角度下周期排列开口谐振环负磁导率材料、周期排列金属杆负介电常数材料以及左手材料微波反射特性，并利用劈尖法研究了左手材料的负折射特性.实验结果表明：负磁导率材料反射率曲线形成反射峰，其对应的反射峰频率与材料的谐振频率一致；负介电常数材料反射率接近0dB；左手材料出现单个反射较小的反射峰，其峰值反射率随入射角度的增大而变大，即反射能力增强，且反射峰与透射峰有相对频移.劈尖法测量还表明，左手材料在9800MHz频率附近出现负折射现象，其折射率n为-0.796. 关键词： 左手材料 反射 负折射率     

缺陷对左手材料负折射的调控行为

采用电路板刻蚀技术制备左手材料样品，由劈尖法分别研究了无缺陷和引入缺陷时左手材料的负折射特性.实验结果表明，引入两种点缺陷材料与无缺陷材料的功率峰值之比分别为1.035和1.256，且负折射率的绝对值分别增大了9.6%和19.6%；引入空位缺陷材料与无缺陷材料的功率峰值之比最大为1.973，最小为0.364，负折射率的绝对值最大增大了68.3%，最小增大了9.6%.缺陷的存在改变了左手材料周期性结构，形成新的电磁谐振条件，使其负折射率和功率峰值发生了变化，实现了对左手材料负折射率的调控. 关键词： 左手材料 负折射 缺陷